1.北航集成电路学院发表稳定可控的多态SOT-MRAM存储器件及其神经形态计算研究成果；

2.清华团队首次实现电声子摩擦分离与器件层面独立操控；

3.清华物理系周树云课题组首次报道石墨烯光致能隙；

4.复旦大学最新一批“新基石科学实验室”揭牌

1.北航集成电路学院发表稳定可控的多态SOT-MRAM存储器件及其神经形态计算研究成果

近日，《自然·通讯》（Nature Communications）期刊在线发表了北航集成电路科学与工程学院赵巍胜教授课题组的最新科研进展《Nanoscale exchange-bias magnetic tunnel junctions enabled memristive synapse and leaky-integrate-fire neuron for neuromorphic computing》。该研究基于交换偏置磁隧道结器件，首次在百纳米尺度实现了稳定且可调控的多阻态特性，实现了可通过自旋轨道矩（Spin-Orbit Torque, SOT）连续调控且长期稳定保持的超过25个可分辨阻态，并在此基础上实现人工神经元与突触功能的同片集成，为自旋电子神经形态计算提供了新的实现方案。

图1 基于交换偏置磁隧道结的神经形态计算器件示意图 

随着信息技术的快速发展，传统冯·诺依曼计算架构面临日益突出的功耗与数据传输瓶颈。神经形态计算通过模拟神经元与突触的协同工作机制，被认为是一种有望实现高效、低功耗信息处理的新型计算模式。其中，脉冲神经网络（SNN）通过事件驱动和时序编码方式进行信息处理，在能效和信息密度方面具有显著优势。近年来，自旋电子器件因其非易失性、非线性响应和丰富的动力学特性，在神经形态计算硬件实现中受到广泛关注。其中，基于反铁磁交换偏置的磁隧道结（Exchange-bias magnetic tunnel junction, EB-MTJ）因其独特的写入策略及交换耦合作用下的磁动力学特性，在实现兼具可调性与稳定性的阻态调控方面展现出显著优势，有望突破传统自旋器件中多阻态难以兼顾连续调控与稳定保持的关键瓶颈，为构建紧凑、高效的自旋神经形态计算器件提供了新的技术路径。

图2 a. 突触器件的多阻态翻转特性

   b. 突触器件的脉冲时间依赖可塑性

图3 神经元器件的泄漏积分-触发特性

研究团队基于具有交换偏置效应的磁隧道结，成功构建了多阻态突触器件与脉冲神经元器件，并首次通过统一的MTJ膜堆结构实现了两类功能器件的同片集成。利用反铁磁材料的本征稳定性以及晶粒尺寸分布带来的局部交换耦合差异，研究团队首次在百纳米尺度的椭圆器件中实现了可电学调控且具备良好稳定性的多阻态调控，获得超过25个可分辨阻态，并进一步实现了突触权重线性调制和脉冲时间依赖可塑性（STDP）等关键突触功能。同时，通过自旋轨道力矩与热辅助累积效应的协同作用，实验验证了亚纳秒响应速度的泄漏积分-触发（LIF）神经元动力学行为。在此基础上，研究团队构建了完全基于自旋电子器件的卷积脉冲神经网络（CSNN），并在手势识别任务中实现了96%的识别准确率。该研究为构建高集成度、高速度的自旋神经形态计算硬件平台提供了新的实现路径。

图4 a,b. 全自旋电子学的CSNN实现手势识别任务

c. 手势识别任务的准确率 

北航集成电路学院2023级博士陈赞鸿、2024级博士祝德航、2024届博士毕业生杜奥和2024级博士史裕章为本文共同第一作者，北航集成电路学院史可文副教授、蔡文龙助理教授和赵巍胜教授为论文共同通讯作者，北京航空航天大学为第一单位。该工作获得国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京高等学校卓越青年科学家计划项目和中国博士后科学基金等项目的支持。

北航集成电路科学与工程学院赵巍胜教授、史可文副教授和蔡文龙助理教授团队瞄准科研前沿方向，长期致力于磁存储器器件的超快电学特性、磁动力学及反铁磁自旋电子学研究，专注于超低功耗、超高速自旋电子器件的研发。团队已在 《Nature Electronics 》、《Nature Communications》、《Advanced Materials》、《Nano Letters》等国际顶级期刊上发表多篇高水平论文。（文章：北航集成电路科学与工程学院）

2.清华团队首次实现电声子摩擦分离与器件层面独立操控

摩擦是机械与电子器件中广泛存在的能量损失机制。运动界面处的摩擦源于不可逆的力学过程以及声子、电子的激发与耗散，是构筑低能耗、长寿命器件的关键挑战。自超滑技术利用非公度van der Waals界面将声子摩擦抑制至最低程度，然而，隐藏在界面下的“电子摩擦”依然是实现极限能效的最后障碍。近日，清华大学郑泉水、徐志平团队构建了基于自超滑界面的可重构器件，通过力学与电学的方法控制界面耦合机制，首次在实验中将电子摩擦和声子摩擦的贡献分离并进行独立调控，并实现了具有极低耗散与超长寿命的滑动界面。

实现极低的摩擦与磨损是实现极低机械能耗散与极限稳定状态器件的极致追求。基于材料与界面体系的选择与调控，传统摩擦学研究侧重于声子散射所引起的摩擦，并通过自超滑等技术实现了具有极低摩擦系数、摩擦力以及“无磨损”等性能的滑动界面。然而，实验测量得到的摩擦力指标中包含了声子和电子的共同贡献，而实验中却难以直接量化界面处的电子激发，因此，人们对于电子摩擦的理解存在基本认知的缺失，明确其贡献并实现器件层面的调控具有重要的理论与实践意义。

研究团队长期开展自超滑科学与技术研究，基于具有原子级平整表面的van der Waals样品制备和转移技术，实现了具有可滑动界面的器件结构，可以同时通过力学和电学手段进行器件状态调控。实验研究发现，对于石墨/MoS2器件，界面处于Schottky接触状态，且在半导体MoS2侧存在耗尽层。该耗尽层随着石墨电极的运动而不断重构，以此将机械能通过极化效应导致的非平衡态电子激发能量耗散为Joule热，而这正是电子摩擦的起源。

系统的研究表明，通过栅压调控半导体耗尽层中的载流子密度，可以连续调控电子摩擦的幅值。进一步的力学、电学调控发现，器件中的运动界面存在压强与偏压阈值，超过该阈值时，界面两侧的极化效应消失，van der Waals能隙关闭，导致电子摩擦被“杀死”。这些证据证实了金属/半导体接触中耗尽层介导的能量耗散通道。作为对比，在具有“金属型”界面（石墨/石墨）和“绝缘型”界面（石墨/h-BN）的器件中，该通道并不存在。这些结果为器件层面电子激发、耗散等过程的控制提供了基础的理解。

图1.器件层面的电子摩擦操控。左：自超滑运动界面器件电子摩擦的三种调控方式：压力、偏压与栅压。右：电子摩擦与耗尽层内的电荷密度相关，且可在压力、偏压超过阈值时被消除（van der Waals能隙被关闭）

在理论层面，由于器件运动的特征时间远长于耗尽层重构的时间尺度，电子摩擦所导致的稳态耗散过程可基于半导体物理模型进行精确模拟与设计。同时，耗尽层重构时间又显著长于界面滑动的晶格激发表征时间（Washboard周期）与材料中本征电子激发的特征时间。这一显著的时间尺度差异，使该机制区别于高速粒子或界面运动诱导的传统电子摩擦，构成了可重构微器件中独特的能量耗散通道。

图2.自超滑界面与电子摩擦的耗尽层重构机制。左：石墨/MoS2可重构器件侧界面的电子显微图像。右：运动界面耗尽层重构引发电子摩擦的物理图像。界面电势分布以颜色表示，耗尽层重构时的电流通过箭头描述

基于上述自超滑可重构器件平台，研究报道的电子摩擦力与声子摩擦为同一量级，且在长周次运动过程中保持稳定服役状态。因此，基于自超滑的可重构界面不仅是在器件层面研究界面电声子激发与耗散过程的理想平台，也为开发高能效、长寿命的微系统技术提供了新的思路。

研究成果以“器件层面的电子摩擦操控”（On-Device Control of Electronic Friction）为题，于3月6日发表于《物理评论X》（Physical Review X）。

清华大学与浙江大学联合培养2021级博士生于昭宽为论文第一作者，清华大学深圳国际研究生院双螺旋中心郑泉水院士和航天航空学院、微纳米力学与多学科交叉创新研究中心教授徐志平为论文通讯作者。研究得到国家自然科学基金委和深圳市科技计划等的资助。（来源：清华大学）

3.清华物理系周树云课题组首次报道石墨烯光致能隙

飞秒脉冲激光产生的周期光场能与材料发生强相互作用，提供了调控固体材料能带及物态的新范式，相关研究被称为“弗洛凯调控”，已成为物理、材料、强场激光及器件应用等交叉领域的重要科学前沿。石墨烯作为弗洛凯调控的模型体系，在过去十余年中备受关注，然而实验层面的关键证据，周期光场诱导的杂化能隙，却始终未能实现，成为制约该方向发展的核心瓶颈。近日，清华大学物理系周树云教授课题组首次在石墨烯中成功实现了周期光场诱导的杂化能隙，确定了石墨烯在弗洛凯调控中的核心地位。

固体材料的电子结构是决定材料性质的根源，而能隙是决定固体材料中金属性、半导体性还是绝缘性的核心特征。在固体材料中，电子受晶格周期性势场作用形成布洛赫（Bloch）态，晶体的周期势场不仅将电子能带折叠到布里渊区内，更重要的是通过空间周期性势场与电子的相互作用打开能隙，从而赋予材料丰富的电学性质（图1a-c）。将这一概念拓展至时间维度，时间周期光场可以“修饰”电子，形成弗洛凯-布洛赫能带（图1d,e）。更为重要的是，这些弗洛凯-布洛赫态之间可以通过周期光场产生相互作用，并在弗洛凯布里渊区边界处诱导出杂化能隙（图1f）。这是周期光场调控电子态的关键标志，也是实现弗洛凯物性调控的基础。弗洛凯调控不仅提供了在飞秒时间尺度调控材料电子结构及物理特性的新范式，而且有望实现超越平衡态的新物理效应，例如，理论预言圆偏振光可在石墨烯中诱导拓扑能隙及反常霍尔效应。

石墨烯由于其简单干净的能带结构以及在物质学科中的重要科学价值，成为弗洛凯调控研究的模型体系，并涌现了丰富的理论预言。过去十余年间，相关研究虽在输运及弗洛凯-安德烈夫态等方面取得一些进展，但作为弗洛凯调控最直接的谱学证据，始终未被观测到。尤其是考虑到电子的耗散与多体相互作用等复杂因素干扰，能否在石墨烯中最终实现弗洛凯调控成为悬而未决的科学问题。因此，在该模型系统中观测到光场诱导的杂化能隙，将是一项关键的原理性验证。

图1.弗洛凯调控示意图。（a-c）固体材料中的布洛赫态以及能隙形成。（d-f）电子在时间周期势场中的弗洛凯态以及弗洛凯调控

周树云课题组长期致力于低维量子材料的非平衡态超快动力学和周期光场调控研究。基于前期在黑磷及拓扑绝缘体中开展弗洛凯调控的丰富经验，研究团队对如何实现弗洛凯调控形成了深刻的科学见解和扎实的研究积累。实验室多年来自主研制的超快时间分辨角分辨光电子能谱（TrARPES）系统，兼具独特的中红外强场泵浦光源及极紫外光源，为弗洛凯调控研究提供了关键实验条件。经过数年持续攻关，研究团队将高质量样品、强场中红外泵浦光源及仪器分辨率等方面的实验进展协同整合，最终攻克了这一科学难题，首次在石墨烯中实现了弗洛凯诱导的能带调制。

实验结果揭示了强光场驱动下，石墨烯的弗洛凯能带交叉处清晰出现了能隙打开（图2a,b），并且通过系统性探究该能隙对时间、光强、光子能量等变量的响应，确定所观测到的能隙确由周期光场调控所致。更有意思的是，该能隙表现出显著的动量各向异性：沿光偏振方向能隙消失，而在垂直方向达到最大，并形成两个狄拉克节点（图2c）。这一现象直接揭示了周期光场驱动下电子系统的时空对称性，并且新形成的狄拉克节点可通过调控周期光场的偏振方向进行有效操控，为未来实现光控电子态提供了新的调控自由度。

图2.单层石墨烯中光诱导的能隙。（a）石墨烯的电子结构。（b）有泵浦光作用时的石墨烯电子结构，红色箭头指向能隙打开的位置。（c）石墨烯中光诱导的各向异性能隙与狄拉克节点形成示意图

研究成果以“石墨烯弗洛凯诱导能隙的实验观测”（Observation of Floquet-induced gap in graphene）为题，于北京时间3月22日发表于《自然·材料》（Nature Materials）。同期刊发的题为“石墨烯弗洛凯能隙终获实现”（A Floquet gap finally opens in graphene）的专家评述文章对该成果给予高度评价，指出该成果“解决了光驱动石墨烯中长期悬而未决的杂化能隙问题，为弗洛凯能带调控建立了一套切实可行的实现方案，并进一步彰显了在量子材料中实现光致拓扑的广阔前景。”

清华大学物理系教授周树云为论文通讯作者，清华大学物理系2021级博士生王飞和2022级博士生蔡轩羲为论文共同第一作者。研究得到国家自然科学基金、清华大学“笃实计划”、科技部重点研发计划专项和新基石科学基金的支持。（来源：清华大学）

4.复旦大学最新一批“新基石科学实验室”揭牌

3月23日上午，复旦大学最新一批“新基石科学实验室”正式揭牌。

“新基石研究员”是一项由科学家主导、腾讯公司出资、新基石科学基金会独立运营的新型基础研究资助项目，长期、稳定、灵活地支持富有创造力的科学家开展探索性与风险性强的基础研究，提出重要科学问题、开拓学科前沿、推动原创突破。

第三批“新基石研究员”名单于去年年底公布，复旦大学附属华山医院教授郁金泰、复旦大学化学系/智能材料与未来能源创新学院教授张凡成功入选。郁金泰长期深耕阿尔茨海默病等神经退行性疾病的精准防诊治研究，通过人工智能＋生物医学大数据＋多学科交叉的研究新范式，寻找并开发疾病防诊治新靶点，解析其潜在致病机制。张凡长期专注近红外发光探针的设计合成、生物医学分析以及近红外成像仪器开发等方面的研究，推动了近红外光学成像领域的快速发展。

复旦大学校长、中国科学院院士金力，复旦大学新一批“新基石研究员”、化学系张凡，附属华山医院郁金泰团队成员代表；新基石科学基金会理事长王妩蓉，新基石科学基金会副秘书长佟贺丰；复旦大学历届“新基石研究员”代表，科学探索奖获得者代表，新基石科学基金会秘书处相关负责人等出席揭牌仪式。仪式由复旦大学党委副书记方明主持。

金力表示，基础研究是科技创新的根基和底座，只有持续投入基础研究，才有资格参与定义未来产业的标准和规则。他强调，建设世界一流大学，首先要有一流的基础研究人才队伍。学校将营造长期主义的创新生态，以“十年磨一剑”的定力支持前沿探索；构建全程赋能的支撑体系，推动从“学科逻辑”向“服务国家战略需求逻辑”转变；探索开放包容的制度机制，坚持“投资于人”、先选人再选项目的理念，让科学家心无旁骛攀登科学高峰。“新基石研究员”项目正是这样一种长期主义的生动实践，为基础研究人才培养探索了新范式。

王妩蓉首先感谢了复旦大学对新基石科学基金会工作的支持，并对复旦大学最新一批“新基石科学实验室”揭牌表示祝贺。她指出，复旦大学作为首批与新基石科学基金会开启合作通道的高校，多年来，双方合作成果显著，当前，复旦入选的“新基石研究员”达到9位，“科学探索奖”获奖者16人。此外，王妩蓉再次祝贺了两位入选者，称赞复旦在该领域持续取得突破，为打造高水平人才高地奠定坚实基础。

揭牌仪式后，复旦“新基石研究员”和“科学探索奖”获得者代表与基金会相关负责人展开深入交流。

截至2025年底，复旦共有9名科学家当选“新基石研究员”，获得为期5年的资助。除了最新入选的2名科学家外，此前已有复旦大学物理学系教授张远波、生命科学学院教授鲁伯埙、上海数学中心教授沈维孝、附属肿瘤医院研究员徐彦辉、基础医学院/附属肿瘤医院教授雷群英、附属华山医院教授徐文东、脑智研究院教授彭汉川等7位“新基石研究员”。（来源：复旦大学）