上海两项前沿成果跻身2025年度中国科学十大进展:超快闪存芯片与钍基熔盐堆实现关键验证

问题——面向数字经济与“双碳”目标,关键底层技术仍受两类“硬约束”影响;一方面,计算与存储协同需求不断上升。传统非易失性闪存虽能断电保存数据,但写入速度长期跟不上芯片运算速度,逐渐成为影响系统性能与能效的瓶颈;而速度更快的易失性存储器虽性能占优,却无法断电后保留数据。另一上,核能作为稳定的低碳电源,已被多国纳入能源战略,但现有核燃料体系对天然铀中铀-235依赖较高,资源约束和供给安全压力持续加大。对铀资源相对不足、对外依存度较高的国家而言,这个问题更为紧迫。 原因——两项入选成果分别从材料体系与核燃料循环两条路径提出应对思路。存储领域,瓶颈来自器件物理与工艺平台的双重限制:传统闪存的存储机理决定其速度提升空间有限;二维半导体具备原子级厚度和良好电学特性,为突破速度上限提供了材料基础,但其“薄、脆、与硅工艺兼容性差”等特点,使其难以直接融入成熟硅基工艺,工程化门槛较高。在核能领域,资源禀赋与技术路线共同推动更高效的燃料利用:天然铀中可直接裂变的铀-235含量有限,若燃料转化与利用效率不提升,长期供给难以支撑核能规模化发展;我国钍资源相对丰富,通过钍铀循环生成可裂变核素,是提升燃料可持续性的现实方向。熔盐堆采用熔盐作为冷却剂,并在特定路线中兼作燃料载体,具备高温低压、系统设计灵活等特点,是先进核能的重要探索方向之一。 影响——入选成果在“从原理到系统”的关键环节取得实质进展,具有示范与带动意义。在信息存储上,复旦大学涉及的团队提出并验证超快二维闪存器件原型基础上,深入实现二维存储电路与硅基电路的混合架构异质集成,采用“分离制造+高密度互连”的路线,绕开二维材料与硅平台不兼容的工程难题,形成芯片级成果并取得较高集成良率。这意味着二维信息器件正从“实验室器件”走向“可系统集成的芯片”,有望为高性能计算、边缘智能与低功耗存储提供新的技术选择。从市场看,非易失性存储规模庞大,闪存占据主导地位。若在保持非易失特性的同时实现数量级的速度提升,将可能重塑存储层级架构、改善系统能效,并对产业链竞争格局产生影响。 在核能上,中国科学院上海应用物理研究所牵头建设的2兆瓦液态燃料钍基熔盐实验堆在甘肃武威首次实现钍铀核燃料转换,并获得关键运行数据,标志着钍资源在熔盐堆体系中的利用从论证走向“可运行、可验证”。相关数据对反应堆物理、材料耐蚀、燃料盐化学控制与在线运行管理等关键环节具有支撑价值,也为后续放大验证、燃料循环完善与安全评估提供更扎实的实验依据。若该路线持续取得进展,将为提高核燃料可持续性、拓宽核能选址条件、增强能源安全保障提供新的技术选项。 对策——从科技创新实践看,两项突破都表明需要“原始创新+工程化能力+产业协同”联合推进。在集成电路领域,建议围绕二维半导体器件的稳定制备、可靠封装、互连工艺、测试标准与系统验证等环节,加快建立从材料到芯片再到系统的验证链条,推动开放式工艺与应用场景联合攻关,提升科研成果在成熟硅工艺生态中的迁移与量产能力。同时,应面向真实存储需求,开展与计算架构、操作系统及数据中心能效评估相衔接的协同设计,避免出现“器件进展快、系统落地慢”的脱节。 在先进核能领域,应以实验数据为牵引,推进熔盐堆关键技术迭代:持续明确运行安全边界并完善监测体系,强化材料、盐化学、仪控与运维能力建设;同步推进燃料循环相关工艺与标准规范研究,形成可追溯、可评估、可监管的技术体系。在此基础上,结合我国能源结构转型、区域负荷特征与电网调节需求,开展多场景工程可行性论证,为未来规模化应用夯实基础。 前景——两项成果分别瞄准数字基础设施与清洁能源体系的核心瓶颈,具有引领性与外溢效应。随着二维半导体与硅基工艺融合路径逐步成熟,超快非易失存储有望在数据中心、人工智能推理、工业控制与终端设备等场景扩展应用,并带动材料、装备、EDA与封测等环节协同升级。钍基熔盐堆的运行与燃料转换验证,则有望推动我国在先进核能领域形成更具自主性的技术路线储备,为“核能+可再生能源”互补、提升电力系统稳定性与低碳化水平提供新的支撑。两项进展也表明,面向重大战略需求的科技创新,正在从单点突破加速走向系统集成与产业牵引。

两项重大科研成果集中涌现,表明了我国在关键领域持续推进原创突破与工程验证的能力,也显示出在组织协同与资源统筹上的优势;当前国际竞争中,科技创新的重要性不断上升。“从0到1”的突破不仅强化了关键技术的自主可控基础,也为高质量发展提供了新的增长点。面向未来,期待更多成果加快完成从实验室到工程应用的跨越,让创新更快转化为现实生产力与产业竞争力。