1.北理工团队在铁电拓扑结构研究中取得重要进展
2.北大电子学院彭超团队在手性激光领域取得重大进展
3.中国科大在二维过渡金属碳氮化物的可控制备方面取得重要进展
4.北大团队获ISCA最佳论文奖，突破面向边缘侧LLM的DRAM近存计算架构瓶颈
5.中国科大在类脑智能神经形态器件领域取得新进展
6.电子科技大学在触觉智能感知器件与集成微系统领域取得重要研究成果
1.北理工团队在铁电拓扑结构研究中取得重要进展
近日，北京理工大学前沿交叉科学院/材料学院/珠海校区的黄厚兵、王静团队在铁电拓扑结构研究领域取得重要进展，与清华大学南策文教授团队合作的研究成果《General principle of ferroelectric topological domain formation》于2025年6月18日正式发表在国际权威期刊《Science Advances》上。这一成果系统揭示了铁电材料中拓扑结构形成的一般性原理，即“极化波叠加”原理。
该论文第一作者为北京理工大学王静副教授、清华大学博士后&北京理工大学博士高荣贞、以及北京理工大学唐诗雨博士和董守哲博士，通讯作者为黄厚兵教授和南策文教授。澳大利亚伍伦贡大学张树君教授也参与了研究和讨论。北京理工大学前沿交叉科学院/材料学院硕士生梁岷川、杨佳、聂振月、王启蒙、王鼎新，博士生杨华宇，博士后梁德山和Wael Ben Taazayet也参与了工作。该研究得到了国家自然科学基金基础科学中心项目、面上项目，国家重点研发计划、北京市自然科学基金等多个项目的资助。
拓扑结构：从“人工设计”走向“自发形成”的新理解
拓扑结构（如涡旋）在宇宙弦、液晶、铁磁、铁电、超导/超流玻色-爱因斯坦凝聚态、原子核等跨尺度体系中广泛存在。铁电涡旋因强极性各向异性导致的高能耗难以自发形成。人们通过设计对称的电学和力学边界条件来促进纳米尺度极化旋转，以实现人工创建的铁电涡旋结构。关键策略有严格调控铁电/介电超晶格原子堆叠、优化铁电纳米晶体尺寸和长宽比、调整铁电自由层扭转角度等。然而，目前涡旋形成的基本原理仍待进一步探讨。
波干涉可以生成多种拓扑向量实体，例如经典电磁（光学）波、声波、弹性波和水波中的涡旋。在铁电材料中，正负电荷的分离形成偶极子，这些偶极子在周期性排列时会产生连续的极化波。受这些波之间相似性的启发，该工作通过数学推导、相场模拟和角分辨压电力显微镜实验发现：两组正交的周期性极化波叠加可以自发诱导出铁电涡旋和反涡旋结构。相比以往对不同材料体系中“局部现象”的讨论，本研究揭示了一个跨材料系统通用的拓扑结构形成原理，适用于钛酸钡（BaTiO₃）、铋钨氧（Bi₂WO₆）、铁酸铋（BiFeO₃）等典型的四方相（T）、正交相（O）、菱方相（R）等铁电材料体系。
在该工作中，研究学者根据畴壁交叉组合类型对涡旋结构进行了分类，系统探索T、O和R相铁电体中所有可能的涡旋结构。
图1. 通过畴壁交叉组合类型进行涡旋分类。
证明了涡旋/反涡旋结构可以通过两个正交极化波的叠加形成，给出铁电涡旋畴形成的定量数学表达。
图2. 铁电涡旋单元和2D、3D涡旋-反涡旋阵列的极化波叠加。
通过实验和相场模拟，叠加原理还可以用于解释条纹畴和不规则的涡旋/反涡旋网络的形成。
图3. 极化波叠加形成条纹畴和涡旋-反涡旋网络的相场模拟和实验观察。
该“极化波叠加原理”不仅能够解释铁电涡旋的形成，还可以推广至多种已知及预测的拓扑结构，包括：1D结构：Ising、Néel、Bloch型畴壁；2D结构：merons、skyrmions等纳米涡旋态；3D结构：中心涡旋、Hopf环、Solomon环，甚至预测性提出Star of David rings结构。
图4. 极化波叠加原理扩展到1D, 2D, 3D拓扑结构
这些研究结果推进了对拓扑畴形成原理的理解，为拓扑畴结构的构建和调控提供了理论依据，也为铁磁、液晶、超导体和超流体等领域的拓扑工程开辟了新路径。
文章信息：
Jing Wang†，Rongzhen Gao†, Shiyu Tang†, Shouzhe Dong†, Minchuan Liang, Jia Yang, Huayu Yang, Zhenyue Nie, Deshan Liang, Qimeng Wang, Dingxin Wang, Wael Ben Taazayet, Shujun Zhang, Houbing Huang*, Ce-Wen Nan*. General principle of ferroelectric topological domain formation. Science Advances , 2025, 11(25), eadu6223.
文章链接：https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.adu6223（北京理工大学前沿交叉科学院）
2.北大电子学院彭超团队在手性激光领域取得重大进展
集体振荡是多个独立谐振体在相互作用下共同形成整体振荡的现象，其整体的谐振特性与单个谐振体存在着显著差异，体现了诺贝尔物理学奖得主P. W. Anderson先生所述“多即不同”（more is different）的观点。集成振荡现象在光子、等离激元、量子等体系广泛存在，一般用实空间中相互作用的谐振体系来构造。然而，考虑到实空间和动量空间的傅里叶对偶性（Fourier Duality），集体震荡有望在动量空间中引入相互作用来实现。近日，北京大学电子学院彭超团队联合中国科学院半导体研究所郑婉华院士团队和澳大利亚国立大学Yuri Kivshar院士团队在《Nature Nanotechnology》发表了一项创新成果，观测到了由边界动量散射诱导的集体导模共振（collective guided resonance, CGR）现象，并利用非对称泵浦破缺镜面对称性，成功实现了手性激光发射。
图1 集体导模共振
研究团队从实空间与动量空间的傅里叶对偶性出发，设计了一种圆形边界的有源光子晶体。在圆形边界散射效应作用下，原本独立传播的多个光子晶体导模发生各向同性耦合，进而形成二重简并的集体导模共振态（collective guided resonances, CGRs）。在保持镜面对称下，两个简并模式携带相反的手性涡旋。进一步，团队利用非对称泵浦技术破缺手性对称性，实现了手性涡旋激光的单模激射。团队成功观测了实空间中心处强度为零的涡旋光束，并通过偏振分布及自干涉测量证实涡旋中心处纯粹相位奇点，体现为自干涉条纹呈现为一对朝向相反的“叉”（fork）型图案。上述结果证实了激光光束携带非零的手性轨道角动量。
图2 集体导模共振模式原理
图3 手性涡旋激射特征
该研究解析了一类独特的动量空间整体振荡现象，为“多即不同”这一著名论断提供了又一实例，同时也为构造实用的片上涡旋激光器提供了新方法。该论文于2025年7月1日发表在《Nature Nanotechnology》，详情请见：https://www.nature.com/articles/s41565-025-01964-7。
北京大学电子学院博士生陈烨、中国科学院半导体研究所青年研究员王明金为共同第一作者，中国科学院半导体研究所郑婉华院士、澳大利亚国立大学Yuri Kivshar院士、北京大学电子学院彭超教授为共同通讯作者。该工作得到科技部重点研发计划，国家自然科学基金等项目的支持。（PKU电子学人）
3.中国科大在二维过渡金属碳氮化物的可控制备方面取得重要进展
二维过渡金属碳化物和氮化物（MXenes）因其独特的层状结构和优异的物理化学性能，在能源存储、催化和传感等领域展现出巨大的应用潜力。MXene可以通过氢氟酸刻蚀MAX陶瓷来制备，然而传统的合成方法面临诸多挑战（如刻蚀选择性有限、结构控制精度不足、制备周期长，且需依赖强酸或强碱等苛刻环境，等），这严重制约了MXene的大规模生产和应用开发。因此，高效、安全、环境友好的大规模可控合成是实现MXenes新材料潜能的关键所在。
近日，中国科学技术大学团队基于理论筛选，提出了一种卤素离子介导的水热合成新方法，通过卤化铵（如氟化铵）水热刻蚀策略高通量合成了多种MXene。同时，利用卤化铵与有机小分子插层剂的协同作用，通过原位水热途径实现了多种MXene异质结衍生物的高效可控制备。相关研究成果以“Halogen Ion-Mediated Hydrothermal Synthesis of Diverse MXenes with Tailored Heterostructures”为题，6月25日发表于国际学术期刊《Advanced Materials》。
图1：卤化铵水热刻蚀策略高通量合成MXenes示意图
图2：插层剂辅助的卤化铵水热策略高通量合成MXenes异质结示意图
研究团队首先通过理论计算，揭示了卤素离子刻蚀机理及氟化铵分子在刻蚀反应热力学和动力学上的优越性。基于模拟数据指导，首次提出了氟化铵水热刻蚀新策略，并在220°C条件下 6小时完成了10克Mo₂Ga₂C前驱体的刻蚀，实现了单批次产量超过5克的碳化钼MXene的可控制备。
此外，团队将该方法扩展到多种MXene异质结的合成，例如通过结合卤素离子（如溴化铵）与有机小分子插层剂（如二甲基亚砜），在200°C下36小时内成功制备出碳化钼@二硫化钼异质结构。测试结果表明，该异质结构在锂电池负极中卓越性能（0.1 A g⁻¹电流密度下初始放电比容量高达1558.6 mAh g⁻¹，300次循环后，其可逆比容量稳定在465.5 mAh g⁻¹）。
研究团队运用同步辐射多技术联用方法对材料结构进行了深入分析。共振软X射线散射证实了Mo₂Ga₂C前驱体的碳层间分布和纳米尺度均匀性；X射线吸收精细结构谱发现刻蚀后碳化钼中钼价态升高，碳化钼@二硫化钼异质结构具有更高的配位数和更优的结晶度；同步辐射原位X射线衍射分析证明碳化钼@二硫化钼异质结构在锂电池充放电过程中层状结构高度稳定，验证了锂离子嵌入/脱嵌机制。这些技术协同解析了原子级结构变化、动态过程响应和批量生产一致性，为MXene材料设计与应用奠定基础。
论文的第一作者是中国科学技术大学博士研究生许翰宸，王昌达副研究员和宋礼教授为通讯作者。
上述研究得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院先导专项、中国科大基础前沿团队等项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202504586
（国家同步辐射实验室、科研部）（中国科学技术大学）
4.北大团队获ISCA最佳论文奖，突破面向边缘侧LLM的DRAM近存计算架构瓶颈
北京大学集成电路学院孙广宇团队在面向边缘侧大语言模型(LLM)推理加速的DRAM近存计算架构方向取得重要突破。该团队基于混合键合工艺，研发了H2-LLM架构，有效解决了传统DRAM近存计算架构在边缘设备上算力受限的问题。H2-LLM提出了通用近存计算架构模板和"以数据为中心"的数据流抽象，并开发了设计空间探索框架，相比基线架构实现了2.72倍性能提升和1.48倍能效提升。
LLM已成为人工智能领域最具影响力的技术突破之一。凭借强大的语言理解与生成能力，LLM在问题推理、聊天助手、代码补全等多种任务中展现了出色性能。随着大语言模型的广泛应用，如何在边缘设备上实现高效的大语言模型推理，在满足用户的个性化定制、数据隐私等需求的同时，提供流畅的用户体验，已成为大语言模型落地部署中亟待解决的重要问题。
这项研究是北京大学与上海交通大学、东南大学、后摩智能及阿里巴巴达摩院共同完成的产学研合作成果，发表在第52届计算机体系结构国际研讨会(ISCA)上，并获得最佳论文奖，这是国内学术机构首次在ISCA获此殊荣。
孙广宇团队长期专注于领域定制芯片架构设计与自动化研究，已在体系结构四大会发表28篇论文，并获得多项最佳论文奖。该团队的研究成果已应用于多款芯片设计，并在国内知名企业得到验证，为解决国家在人工智能芯片领域的"卡脖子"问题做出了贡献。
5.中国科大在类脑智能神经形态器件领域取得新进展
近日，中国科大石媛媛教授团队在类脑智能神经形态器件领域取得新进展。研究团队创新性地研制出具有双弛豫时间尺度特性的电解质栅WSe₂薄膜晶体管用于物理储备池计算，成功解决了传统动态忆阻器在时序信号处理中时间特征尺度单一的瓶颈问题。相关成果以" Dynamic Monolayer WSe₂ Electrolyte-Gated Transistor with Coexistent Double Relaxation Timescale for Enhanced Physical Reservoir Computing"为题发表于国际知名学术期刊《Small》。
物理储备池计算因其低训练复杂度优势，在边缘计算、交通预测等领域展现出巨大潜力。传统基于动态忆阻器的储备池系统受限于载流子动力学的单一弛豫时间尺度（Single Relaxation Timescale, SRT），在处理多尺度时序任务时存在记忆容量有限、特征提取能力不足等缺陷（图1a-b）。研究团队受生物神经元中钙离子多时间尺度动力学机制启发（图1c-d），通过单层二维材料与聚合物电解质的强离子-电子耦合效应，实现了快/慢双弛豫时间尺度（Double Relaxation Timescale, DRT）兼具的动态记忆器件（图1e）。这种独特的离子-电子耦合机制使器件展现出亚秒级和秒级的双指数弛豫特性，相较于传统SRT器件，显著提升了储备池的状态空间维度（图1f）。
图1. 基于SRT和DRT器件的物理储备池计算系统示意图。a) 基于SRT器件的经典物理储备池计算框架。b) SRT动态忆阻器的典型弛豫行为。c) 生物神经元中发放脉冲时钙离子分布示意图。d) 神经元不同部位在发放脉冲时的钙离子浓度变化。e) DRT器件的典型弛豫行为。f) 基于DRT器件的新型物理储备池计算框架。
在器件性能方面，研究团队通过系统的实验和应用仿真证实，该DRT WSe₂ 晶体管不仅保持了传统动态忆阻器的低功耗优势，更在复杂时序任务处理上展现出卓越性能。在混沌时间序列预测任务中，器件实现了200步以上的长程预测能力，以及在多尺度振荡器任务中取得了5.05×10⁻⁴的超低预测均方误差。特别是在实际交通场景应用中，基于无人机拍摄的真实交通数据（图2a-c），该技术能够准确预测车辆和行人的运动轨迹，位置误差小于0.8米（图2 d-i），为智能交通碰撞预警系统提供了可靠的技术支持。该研究成果为发展高性能类脑智能神经形态器件提供了新思路和新途径。
图2. 基于电解质栅单层WSe₂晶体管的物理储备池计算系统在交通轨迹预测中的应用。a) 包含移动车辆和行人的典型交通场景。b) 不同交通要素的空间帧信息。c) 根据首帧目标位置预测的后两帧坐标信息。d) 碰撞场景中车辆和行人的实际轨迹与e)预测轨迹对比。f) 碰撞场景中预测轨迹与实际轨迹的误差。g) 非碰撞场景中车辆和行人的实际轨迹与h)预测轨迹对比。i) 非碰撞场景中预测轨迹与实际轨迹的误差。
我院博士生孙东东、硕士生李傲为该论文共同第一作者，石媛媛教授为论文通讯作者。该项研究得到了中国科学技术大学微纳研究与制造中心和理化中心的支持。(中国科大微电子学院)
6.电子科技大学在触觉智能感知器件与集成微系统领域取得重要研究成果
近日，电子科技大学集成电路科学与工程学院微波电路与微系统集成实验室张晓升教授团队在国际重要学术期刊 Advanced Science 上发表了题为“All-Printed Finger-Inspired Tactile Sensor Array for Microscale Texture Detection and 3D Reconstruction”的研究性论文。张晓升教授为论文通讯作者，博士研究生王一琳为论文第一作者，电子科技大学集成电路科学与工程学院为论文第一作者单位。
柔性触觉传感凭借其独特性能，在人工智能、大数据和机器人等领域具有重要价值，能够为物理世界与数字世界提供无缝衔接的接口，助力人工智能更精准地感知物理世界，为大数据提供丰富信息，并赋予机器人类似人类的感知能力，推动多领域智能化发展。人类触觉本质上是多模态三维空间感知过程，当手指与物体表面发生接触时，触觉系统不仅能够解析二维平面分布的纹理轮廓信息，同时可获取法向维度的表面微形貌特征。但常规触觉传感器件通常只对二维平面信息具有感知特性，缺乏三维空间感知能力；且其三维异质异构集成制造技术仍有待深入发展，突破批量化高通量制造瓶颈。
针对上述难点，该研究工作提出了一种结合平面印刷电子和牺牲层工艺的三维集成微纳制造技术，该技术实现了触觉传感器三维异质集成结构的批量化全印刷制造，其立体三维悬浮构造能够在传统平面维度基础上叠加垂直维度感知功能，进而实现高性能三维触觉传感器。基于此项技术设计并制造了一种触觉传感阵列，结合数据处理电路搭建集成微系统，实现了类似于人类对微观立体细节感知的行为，具备检测微观纹理三维形态特征的能力，且能够反演构建三维表面形貌模型。
本研究中的触觉传感器阵列通过嵌入式硬件电路实现接触应力信号的量化转换，上位机系统接收数字化表征的触觉数据后，通过执行多维数据处理算法，可模拟生物触觉感知机制。该微系统采用电容梯度场解析的建模方法，基于离散传感单元获取的接触特征参数，构建虚拟空间内纹理特征的三维几何模型，有效复现人类触觉的空间感知特性。该研究可为智能机器人提供了一条探知微观结构并重构复现的有效途径。
图1.触觉传感器阵列的概念、结构和传感机制示意图。a)受手指触觉行为（即针对三维微观纹理的检测-重建能力）的启发，提出了一种全印刷触觉传感器阵列（TSA）。与传统的触觉传感器相比，所开发的TSA在水平和竖直方向都具有高灵敏度，可捕捉纹理的三维结构特征并将其重建为三维模型。b)传感单元的结构示意图，由横梁、垫片、电极和柔性基板组成，该多层悬浮结构是利用优化后的丝网印刷工艺加工所得。（电子科技大学）
