宾夕法尼亚州立大学的研究团队开发出一种极其微小的温度计，其尺寸比蚂蚁触角还要小，能够直接集成到计算机芯片上以精确监测温度。现代计算机处理器所使用的半导体芯片上布满了数十亿个晶体管，每个晶体管在高负荷运行时都可能过热，导致性能急剧下降，这一微型温度计为解决该问题提供了新方案。

该团队利用一种只有几个原子厚的先进二维材料，制造出能够在短短100纳秒内区分细微温度变化的传感器——比眨眼快数百万倍。这种传感器采用双金属硫代磷酸盐材料，其独特性能在于离子即使在电流作用下也能有效移动，使得传感器即使在极小的尺寸下也能表现出很强的温度依赖性。研究团队在《自然·传感器》杂志上发表了这一研究成果。

宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学教授、论文通讯作者萨普塔什·达斯表示，准确监测晶体管的温度是目前开发计算机芯片最具挑战性的方面之一。他指出：“这些芯片在使用过程中会迅速升温，但监测其温度的传感器并未集成在芯片内部。研究人员面临的主要问题之一是，是否有可能将温度传感直接集成到芯片中，从而提供更快、更准确的读数。”

为了将传感器缩小到只有一平方微米宽的温度计，该团队利用二维材料实现了传感器的微型化。据论文第一作者、工程科学博士候选人迪潘詹·森介绍，这种二维材料可以将离子和电子的传输“耦合”在一起。虽然改善电子流动可以制造出更强大的设备，但改善系统中的离子调节可以改善热管理和监测，因为这些粒子对热非常敏感。

研究团队利用材料研究所纳米制造实验室的先进仪器制造了这些传感器，并将数千个传感器集成到单个芯片上。这种传感器不仅比其他领先的传感器设计小100多倍，而且由于无需额外的电路或信号转换器，其能效也比传统的硅基系统高出80倍。达斯表示，这项研究可以作为开发未来传感器的框架，能够以极其紧凑的形式测量化学、光学或物理信息。

出版详情：标题：利用二维异质结构中的离子-电子耦合实现固态测温，发表于：《自然·传感器》(2026)。期刊信息：《自然传感器》