杰青+优青!南京大学,再发Nature Materials!

随着大数据存储、机器学习与科学计算应用的快速普及，新型先进信息单元的研发需求空前迫切。

一方面，业界对超微型信息单元的需求持续攀升，例如基于DNA、单原子、单分子的存储与计算架构，可在同等物理空间下大幅提升数据存储容量。

另一方面，多稳态特性是先进信息单元的另一核心要求：单个单元可存储超过1比特信息，显著提升数据密度。

除此之外，单一信息单元内部的概率态跃迁（即概率比特 p-bit）备受关注，为面向不确定性问题与组合优化难题的新型计算范式提供了全新思路。

例如基于磁隧道结（数十纳米尺度）的质因数分解体系，依靠较低能垒与热涨落，可实现磁化双稳态随机翻转；磁性斯格明子、锰氧化物纳米线等纳米体系也具备实现概率比特功能的潜力。

但要构建同时满足极小尺寸、多稳态、概率态跃迁三者合一的信息单元，仍极具挑战。

已有研究利用扫描隧道显微技术，在原子尺度观测到电导随机涨落，但难以将这类微观现象转化为可规模化、批量化制备的功能器件。

近年来对内嵌富勒烯单团簇器件的研究表明，该体系具备可电控切换的驻极体/磁性特性、碳笼结构保护效应以及潜在多稳态特征，为研发实用化超紧凑多级概率比特提供了新思路。

南京大学的张敏昊、宋凤麒、中国人民大学的王聪、厦门大学的谭元植等携手报道Sc₂C₂@C₈₈单团簇器件中可电控的电导随机跃迁行为，系统研究多级电导态的统计分布规律与状态转移概率矩阵。

依托这种超小型信息单元，成功演示了概率态跃迁在551质因数分解中的应用，并实现两个4×4矩阵的高精度乘法运算。

结合理论计算证实：体系拥有丰富的能量势能面，且可在外电场下逐级演化，进而诱发可控的随机多稳态与状态矩阵跃迁行为。

张敏昊，1991年8月出生 ，南京大学原子制造研究院准聘副教授 ，主要研究方向为单团簇物理与电子学交叉学科，聚焦原子尺度下器件传输路径的相互作用及调控规律研究。2009年至2013年就读于吉林大学电子科学与工程学院，获学士学位；2013年至2018年在南京大学电子科学与工程学院攻读博士学位 。2018年留校任教，拟定物理学院特任副研究员。

其研究团队基于Dy@C84团簇单分子晶体管电输运平台，实现电场调控单原子磁矩（3.8µB至5.1µB变化）与磁电阻（600%至1100%提升）的突破性成果，相关论文以共同通讯作者身份发表于《Nature Communications》 。张敏昊国际首次证实器件内原子团簇驻极体，演示电操控磁矩的原子级磁存储原型 。2024年获国家优秀青年科学基金资助 。担任十三五主题专家组办公室主任，中国物理学会原子与分子物理专业委员会青年委员会委员。以（共同）第一作者/通讯作者身份在Nat. Nanotechnol.、Nat. Commun.等期刊发表论文20余篇，授权国家发明专利6项 。

宋凤麒南京大学，物理学院教授，博士生导师，南京大学原子制造研究院院长。国家杰出青年基金获得者，优秀青年基金获得者，教育部青年长江学者。近年以来作为第一或者通讯作者在含Nature Physics、Nature Nanotechnology Nature Communications、PRL、JACS、Advanced Materials和Nanoletters等的高水平杂志上发表多篇重要工作。研究方向：原子制造与拓扑物理：(1) 原子制造科学技术；(2) 拓扑材料与物理；(3) 介观量子相干输运与物理。

https://www.nature.com/articles/s41563-026-02609-3