科学 | Science PDF 2026.05.07 高温忆阻器:界面工程实现700°C稳定工作

刊名：Science 科学

出版日期：2026年5月14日

杂志定位：全球顶尖科学期刊，涵盖生命科学、物理学、地球科学、材料科学、人工智能等前沿领域，致力于发表最具原创性和广泛影响力的研究成果。

 选文导读 

1. 低温可打印抗腐蚀铜的分子路径

A molecular pathway to corrosion-resistant printable copper (p. 766)

铜具有优异的电导率和热导率，是电子和能源系统的核心材料，但其易氧化和腐蚀问题限制了长期可靠性。传统保护策略通常需要高温或多步加工。本研究报道了一种“反应性铜-有机基质”（CuOM）策略：利用儿茶酚类配体（如多巴胺）在低于150°C的空气中将甲酸铜前体转化为金属铜，同时原位生成超薄碳质和Cu(I)表面钝化层。该工艺实现了低温颗粒融合和表面钝化，所得柔性铜导体的电阻率低至8.95 μΩ·cm，并在酸性、硫化和高温（140°C）环境中表现出超过1000小时的稳定性。这一策略解决了导电性、抗腐蚀性和低温加工性之间的长期权衡问题。

2. 深海硬底生态群落：原生生物主导的深渊生命

Protist-dominated hard substrate faunas thrive at the deepest ocean depths (p. 749)

深海硬底基质（岩石、断崖）上的固着生物群落在以往研究中极为匮乏。本研究利用载人深潜器“奋斗者”号在马里亚纳海沟和克马德克海沟9000–10898米深处采集岩石样本，发现了32种毫米级固着生物，涵盖6个门类，大部分为新种。其中占主导地位的是异养型有孔虫（而非此前猜测的化能自养微生物），包括新发现的Plumettidae科。这些生物以捕获沉降的有机颗粒（如松花粉）为食。大范围海底成像显示，类似的原生生物群落广泛分布于大洋洲周边的七个海沟区域，揭示了过去未被认识的深渊碳热点。

3. 基于反铁磁体的皮秒超低功耗开关器件

Picosecond ultralow-power switching device based on an antiferromagnet (p. 761)

非易失性存储器件的处理速度在纳秒级已陷入瓶颈，进一步提速需要极高的写入功率。本研究利用手性反铁磁体Mn₃Sn与重金属钽（Ta）的异质结构，实现了40皮秒电脉冲下的自旋轨道转矩开关，功率密度比铁磁对应物低数个数量级。理论分析和Landau-Lifshitz-Gilbert模拟表明，其临界电流密度在皮秒区间的斜率仅为铁磁体系的1/100–1/10，得益于高效的自旋角动量转移。该器件可在700°C下可靠工作，数据保持>50小时，开关循环>10⁹次。利用该器件，还实现了皮秒光电流脉冲开关，为超快非易失性存储和光-电转换技术开辟了新途径。

4. 高温忆阻器：界面工程实现700°C稳定工作

High-temperature memristors enabled by interfacial engineering (p. 771)

极端环境（深井钻探、核能、航天）需要能在300°C以上可靠工作的非易失性存储器。本研究报道了石墨烯/HfOₓ/钨（Gra/HfOₓ/W）忆阻器，可在高达700°C下稳定工作，ON/OFF电流比>10³，数据保持>50小时，开关循环>10⁹次。透射电镜和能谱分析显示，传统Pt/HfOₓ/W器件在高温退火后钨原子通过HfOₓ层扩散到Pt电极，导致器件短路；而Gra电极抑制了钨的吸附和扩散。第一性原理计算表明，钨在石墨烯表面的吸附能远低于铂，扩散势垒更高。该工作为极端环境电子学提供了可行的非易失存储方案。

5. Raf-like蛋白激酶异源复合物直接调控植物质膜质子泵

Raf-like protein kinase heterocomplexes directly regulate the plant plasma membrane H⁺-ATPase (p. 755)

植物质膜H⁺-ATP酶是产生跨膜电化学梯度的核心泵，其C末端Thr⁸⁸¹磷酸化对酶活性至关重要。本研究发现在拟南芥和地钱中，C5-Raf与C7-Raf激酶形成异源复合物，协作磷酸化Thr⁸⁸¹。在叶肉细胞中Raf36负责该磷酸化；在保卫细胞中HT1与CBC1/2形成复合物，响应低CO₂信号（即红光诱导的光合作用）激活质子泵，驱动气孔开放。该调控机制从地钱到被子植物高度保守，揭示了植物气孔运动的核心分子通路。

6. 石墨烯/HfOₓ/W忆阻器的高温机制：钨扩散抑制

High-temperature memristors: Role of graphene as a diffusion barrier (p. 771, supplement and main text)

本研究通过系统比较Pt/HfOₓ/W和Gra/HfOₓ/W器件在800°C退火前后的微观结构，明确了高温失效的根源。在Pt器件中，钨原子穿过HfOₓ层并在Pt电极上聚集，形成永久导通；而在Gra器件中，钨的扩散被石墨烯界面有效抑制。第一性原理计算表明：钨在Pt(111)上的吸附能（-9.08 eV）远高于在石墨烯上的吸附能（-2.80 eV），且钨在Pt表面的扩散系数比在石墨烯上高出约三个数量级。这些发现为设计高温稳定的忆阻器件提供了关键理论指导。

7. Homo erectus牙釉质蛋白揭示古人类基因交流

Ghost of long-extinct ancestor lives on in people today (News, p. 677)

中国研究团队从40万年前的北京周口店直立人牙齿中，利用微创酸蚀法成功提取了牙釉质蛋白，鉴定出两种蛋白变体。其中一种变体（AMBN-M273V）也存在于丹尼索瓦人和现代人（尤其是美拉尼西亚和菲律宾人群）中，提示该变体可能由直立人传递给丹尼索瓦人，再传递给现代智人。这是首次从直立人化石中获得蛋白质序列信息，为解析东亚古人类之间的基因交流提供了直接证据。