沪上两项成果入选2025年度中国科学十大进展

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2026-03-25

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3月25日，国家自然科学基金委员会发布2025年度“中国科学十大进展”。其中，上海两项成果入选，分别是“全功能二维半导体/硅基混合架构异质集成闪存芯片”与“实现基于熔盐堆的钍铀核燃料转换”。

【从“破晓”到“长缨”】

复旦大学集成电路与微纳电子创新学院、集成芯片与系统全国重点实验室周鹏-刘春森团队，继发表迄今最快二维闪存原型器件成果仅仅半年后，实现了全球首颗二维-硅基混合架构闪存芯片。2025年10月8日，这一重大成果发表于国际权威学术期刊《自然》。

当下，信息的存储速度极限，成为集成电路领域最为关键的基础科学问题之一。目前速度最快的存储器均为易失性存储器，速度为1-30纳秒，但断电后数据会丢失。传统闪存不会轻易丢失数据，但存储速度比芯片工作速度落后10万倍以上。

2018年至今，研究团队一直深耕闪存“提速”难题。他们从底层物理出发，构建了一个全新理论框架，研制出迄今最快的二维闪存器件“破晓”——速度达到400皮秒，比传统闪存快100万倍。

然而，颠覆性器件要真正走向系统级应用，往往是一场“马拉松”。半导体晶体管1947年诞生，历经贝尔实验室、仙童与英特尔等顶尖力量的接力研发，1971年才催生出全球第一颗CPU芯片。

从颠覆性创新到系统级应用，本质上是一条从“0到10”的艰难征途。而要真正走通这条路，离不开从“10到0”的远见——从未来应用出发，倒推技术发展的路径。

现有成熟的硅基工艺平台像一条高速公路，“破晓”像是一辆新型赛车，能否借道这条“高速公路”？“一旦成功，可以快速实现集成突破，同时赋能已有产业。”刘春森说。

二维半导体厚度仅为1-3个原子，如同“薄翼”般脆弱，与百微米级别的硅材料并不兼容。为此，团队研制了原子芯片集成框架“长缨”，将二维存储电路与硅基电路分离制造，再通过微米尺度的高密度单片互连技术实现完整集成，芯片集成良率高达94.3%。

这一成果将二维超快闪存与硅基工艺平台深度融合，攻克了二维信息器件工程化的关键难题，率先实现全球首颗二维-硅基混合架构闪存芯片。

非易失性存储器每年市场规模高达600亿美元，其中闪存占主导。对于全球首颗二维-硅基混合架构芯片的产业价值，不少投资公司表示看好。

【引领全球熔盐堆研究】

这是一个与核能有关的梦想。时间跨越半个世纪，空间跨越2000公里——从上海到甘肃省武威市民勤县红沙岗镇。

由中国科学院上海应用物理研究所在甘肃武威牵头建成的2兆瓦液态燃料钍基熔盐实验堆，在2025年10月首次实现钍铀核燃料转换，在国际上首次获取钍入熔盐堆运行后实验数据，成为目前全球唯一运行并实现钍燃料入堆的熔盐堆，初步证明了熔盐堆核能系统利用钍资源的技术可行性。

钍基熔盐实验堆堆厂房大厅

在众多能源中，核能的能量密度高，碳排放最小，不受季节和时间影响，已成为大多数工业国主要的电力来源。大规模发展核能是全球趋势，核聚变尚处于研究实验阶段，核裂变早已实现商业化成熟应用，但解决核燃料供应问题迫在眉睫。大自然中仅有铀-235可直接用来做核燃料，但其在铀中的占比只有0.7%。全球已探明可开采的铀总量为790万吨，如果仅利用铀-235，只能供给不到100年。我国的铀资源匮乏，进口依赖度超过70%。

能否换一个思路？诺贝尔物理学奖得主卡罗·卢比亚曾说过，钍资源可以保证中国2万年的电力需求。我国的钍资源储量居世界前列，通过钍铀循环可以生成铀-233，形成核裂变释放出大量能量。

于是，钍基熔盐堆成为具有中国特色的选择。目前的商用反应堆一般建在海边，因为需要大量的水来冷却。作为国际上正在发展的第四代先进核能系统，熔盐堆主要用熔盐冷却，这一特性使得它可以建在沙漠和戈壁。

不同于大多需在高压下工作的核反应堆，熔盐堆在常压下工作，从根本上避免了高压爆炸的可能性，具有突出的安全特性。万一发生问题，地底下带有核燃料的熔盐会自动流到应急罐，核反应会立即终止，无需外部干预。熔盐堆冷却后就是个难以溶解的大盐块，不会扩散，更不会对生物圈造成影响。

只有自己掌握了技术，才不会受制于人。在这样的共识下，2兆瓦液态燃料钍基熔盐实验堆整体国产化率超过90%，关键核心设备100%国产化，供应链自主可控，基本形成钍基熔盐堆技术产业链的雏形。

2025年度“中国科学十大进展”分别是——

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