科學家研發可在金星480℃惡劣環境運行的芯片

我們知道現在的手機、汽車以及所有繞地球運行的衛星內部的電子元件都有一個共同的致命弱點：高溫。一旦溫度超過約200攝氏度，它們就會開始失效。

幾十年來，突破這一熱極限一直是工程學中最難攻克的難題之一。

近日南加州大學的一個研究團隊可能已經找到了解決辦法，一個可以承受700度高溫的芯片。

一種利用原子級薄層實現的憶阻器計算機存儲器件

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2026年3月26日由南加州大學維特比工程學院明謝電氣與計算機工程系和南加州大學高級計算學院的亞瑟·B·弗里曼講席教授約書亞·楊領導的研究團隊報告了一種新型電子存儲芯片，

該芯片在700攝氏度的高溫下仍能可靠工作，這一溫度比熔巖還要高，遠遠超過了同類設備此前所能達到的最高溫度空天論道。該設備沒有表現出任何達到其極限的跡象。目前來說700攝氏度只是他們測試設備所能達到的最高溫度。

這種裝置被稱為憶阻器，它是一種納米級元件，既能存儲信息又能執行計算操作。你可以把它想象成一個微型三明治，外層是兩層電極，中間夾著一層薄薄的陶瓷。研究團隊用鎢（所有元素中熔點最高的金屬）、一種叫做氧化鉿的陶瓷以及最底層的石墨烯制造了這種憶阻器。每種材料都能承受極高的溫度。它們結合在一起，展現出了非凡的性能。

最終研制出的設備可以在 700 度的高溫下保持數據 50 多個小時而無需刷新，在該溫度下經歷了超過 10 億次的開關循環，并且僅需 1.5 伏電壓即可運行，運行速度為幾十納秒。

石墨烯之所以成為關鍵材料，在于它與鎢在原子層面的相互作用。在傳統器件中，熱量會導致金屬原子緩慢地穿過陶瓷層空天論道，最終連接兩個電極，造成短路，器件永久損壞。而石墨烯則能徹底阻止這一過程。正如楊所描述的，它與鎢的表面化學性質幾乎就像油和水一樣。

漂移到石墨烯上的鎢原子發現它們根本無法附著，沒有錨定點，沒有短路，也沒有故障。研究團隊利用先進的電子顯微鏡和量子計算機模擬技術，精確地解釋了其中的原因空天論道，并將一次偶然的結果轉化為可重復的原理。而這確實是一次偶然的發現。楊教授的團隊原本在嘗試制造一種完全不同的裝置，卻意外地發現了這個現象。

/* 它可以在哪些地方使用？

金星是太陽系中最熱的行星

航天機構長期以來一直呼吁研發能夠在500攝氏度以上高溫下工作的電子設備，這大約是金星的表面溫度，而金星表面溫度已經讓所有登陸任務功虧一簣。

如今的硅芯片在遠低于這個溫度的條件下就會失效。深地熱鉆探需要傳感器在周圍巖石發出紅光的環境中也能正常工作空天論道。核能和聚變能源系統在其控制設備附近也會產生極高的溫度，因此這些設備必須能夠承受這種高溫。

楊說：“我們現在的溫度已經超過700度了，我們懷疑溫度還會繼續升高。”

其潛在用途遠不止行星探測。深地鉆探地熱能需要能夠在周圍巖石發出紅光的環境中正常工作的電子設備。

核能和聚變能系統在其控制設備附近會產生極高的溫度。即使是日常應用，也具有實際優勢：額定耐溫700度的設備在汽車電腦經常面臨的125度高溫下幾乎堅不可摧。

/* 這對人工智能意味著什么

除了存儲數據之外，該器件還具備另一項使其在人工智能領域尤為重要的功能。幾乎所有人工智能任務的核心操作，從圖像識別到語言處理，都涉及一種名為矩陣乘法的數學運算。

如今的數字計算機以順序方式執行矩陣乘法，一步一步地進行，在此過程中會消耗大量的能量空天論道。憶阻器則采用不同的方式。它利用歐姆定律（電壓乘以電導等于電流），在電流流過器件的瞬間，直接進行矩陣乘法運算。計算結果就是你所測量的電流值。

在制造方面，該器件的三種材料中有兩種—鎢和氧化鉿—已是全球半導體代工廠的標準材料空天論道。石墨烯對業界而言是較新的材料，但臺積電和三星都已將其列入研發路線圖，并且在研究環境中已實現了晶圓級石墨烯的生長。

正如楊所說，缺失的那部分現在已經研制成功。從實驗室到可應用于多種領域的成品，這條路依然漫長，但這一次，終點線已清晰可見。

如需研究的技術原文可以公眾號后臺回復“金星芯片”

金星1號探測器全尺寸模型，位于宇航員紀念博物館內

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