9月17日，一篇《Selective ion transport of nonlinear resistive switching by hierarchical nanometer-to-angstrom channels for nanofluidic transistors》的论文发表在《科学进展》上。
10月8日，诺贝尔化学奖颁给了三位科学家，表彰他们开发出一种叫金属有机框架（metal-organic frameworks, MOF）的神奇材料。
《科学进展》上发表的论文，正是澳洲华人科学家胡晓毅等人用这种获奖材料，造出了一个能模仿大脑短期记忆的晶体管。
诺奖组委会在解释颁发理由时说：MOF潜力巨大，可以为一些新功能的定制材料提供前所未有的机会。
难道诺奖评委会看到了类脑计算的未来！
我们现在的电脑，建立在冯·诺依曼架构上。这个架构有个天生的缺陷叫“冯·诺依曼瓶颈”。
就是CPU负责计算，内存负责存数据，两者靠一根叫“总线”的独木桥联系。CPU算得飞快，可内存取数据太慢，CPU常常得停下来等数据，就像一个顶级大厨等着菜农慢悠悠地送菜，效率极低。而且数据来回搬运，极其耗电。
而且，摩尔定律也快到极限。芯片上的晶体管已经小到快接近原子级别，再小下去，量子隧穿效应就要出来捣乱了。
对了，今年诺贝尔物理学奖就与量子隧穿效应有关。
去年发给AI之父辛顿，今年两个和AI有关，怕是以后所有诺奖都要归AI了哦😀！
说到哪啦，言归正传。
传统计算机的大脑快到极限了，人们开始把目光投向了自然界最精密的计算机——人脑。
人脑里有大约860亿个神经元，通过数万亿个突触连接成一个庞大的网络。它处理信息的方式和计算机完全不同。人脑是存算一体的，记忆和计算发生在同一个地方（突触），不存在数据搬运的瓶颈。
它功耗极低，思考时大约只用20瓦，相当于点亮一盏小灯泡，但处理复杂任务的能力远超当今任何一台超级计算机。
人脑的记忆和学习，核心在于一个叫“突触可塑性”的机制。神经元之间的连接强度（突触）不是一成不变的，而是会根据神经活动“经验”而改变。经常一起被激活的神经元，它们之间的连接会变强，反之则变弱。这种连接强度的变化，就是记忆的物理基础。
比如，你想到你的猫，大脑里某个特定的神经元群组就会被激活。这个激活模式，就是关于猫的记忆。
于是，科学家们想，能不能造出一种模仿大脑神经元和突触工作的硬件？这就是神经形态计算（neuromorphic computing）。
1974年，澳大利亚墨尔本大学的理查德·罗布森当时还在带着学生用木球拼分子模型。他盯着木球上的孔洞，突然冒出一个想法：原子能连成分子，那能不能用分子当“大原子”，去连接出更宏伟的结构？
这个念头在他脑子里盘旋了十几年。直到1989年，他把带正电的铜离子和一种有四条“胳膊”的分子扔进烧杯。按常理，这俩东西会乱七八糟地搅成一团。结果，它们竟然像训练有素的士兵一样，自动排成了整齐划一、内部空空荡荡的晶体。罗布森把这个发现发表了，并预言这东西以后能派上大用场。
可惜，他造出的这个结构不太结实，一碰就散架，当时很多化学家都觉得这不过是个漂亮的“玩具”。
真正让这个“玩具”变得实用的，是另外两个人，日本的北川进和美国的奥马尔·亚吉。
北川进深受中国古代哲学家庄子“无用之用”思想的影响。他顶着研究经费被拒的压力，闷头干了好几年。1997年，他终于取得了突破，造出了一种三维的MOF，结构稳定，内部的孔道还能像海绵一样吸放气体，比如甲烷和氧气。
亚吉则是个“装修大师”。他不仅造出了稳定性极强的MOF，还证明了可以通过精确设计，像搭乐高一样，随心所欲地定制这些晶体的孔径大小和功能。
就这样，三位大师联手，把MOF从一个实验室里的“概念品”变成了现实中用途广泛的超级材料。
MOF到底是什么？你可以把它想象成一个由金属节点（金属离子）和有机“连杆”（有机配体）搭建起来的立体框架。这个框架最大的特点就是孔洞极多。把一克MOF材料内部所有的孔洞表面积展开，能铺满一个足球场，比表面积高达7000平方米/克。
它的孔径大小、化学功能都可以精确调节。理论上，金属和有机配体的组合有无限多种，意味着我们可以创造出无数种结构和功能各异的MOF。
这些特性让MOF成了吸附气体、分离化学物质、催化反应、输送药物的明星材料。但谁也没想到，它最新的应用，竟然和大脑扯上了关系。
胡晓毅团队干的，就是这么一件事。他们把2025年诺贝尔奖的主角MOF，变成了一个类似神经突触的“纳米流体晶体管”（h-MOFNT）。
他们在一个子弹头形状的纳米小孔（PET NC）的尖端，像种庄稼一样“种”上了一层MOF晶体。这层MOF晶体很特别，它不是单一完美的晶体，而是由两种不同孔径的晶体（一种孔径约0.6纳米，另一种约2纳米）交织在一起形成的分层结构。
这个精巧的设计带来了意想不到的效果。
当他们把这个器件放入盐酸（HCl）溶液中，里面的主要阳离子是质子（H+），电流和电压的关系呈现出一条奇特的“S”形曲线，很像电子学里的三极管。电流在低电压下快速上升，然后进入一个平缓增长的过渡区，最后在高电压下达到饱和，不再随电压增加而增加。
可当他们换成氯化钾（KCl）溶液，主要阳离子是钾离子（K+），电流电压曲线却变成了二极管的样子，只允许电流朝一个方向顺畅通过。
同一个器件，对不同的离子，表现出了完全不同的“性格”。这在以前的纳米流体器件里是从未见过的。
更神奇的是，这个器件实现三极管一样的功能，根本不需要传统晶体管那个关键的“门控电极”。它是“自控”的。
奥秘就藏在MOF那两种不同孔径的通道里。
质子个头小，很灵活。在低电压下，它们欢快地在2纳米的大通道（MOF NC）里穿行。当电压超过一个阈值，一些质子就会“抄近道”，钻进0.6纳米的小通道（MOF AC）里。
小通道对质子来说太挤了，进去就出不来，于是在小通道的入口处越积越多。这些被困住的质子形成了一个局部的正电场，就像一个无形的“虚拟门”，阻碍了后面质子的通行，导致总电流趋于饱和。这就是“自门控”效应的来源。
而钾离子块头大，根本钻不进小通道，只能老老实实地走大路，所以就不会产生这种自控效果。
这个过程，像极了大脑神经元之间突触信号的传递与调控。
最令人兴奋的还在后面。这个器件竟然表现出了记忆特性。
当研究人员来回扫描电压时，发现电流曲线并不重合，而是形成了一个“滞后回线”。这意味着器件的状态不仅取决于当前的电压，还与它“经历”过的电压历史有关。
比如，先施加一个从-2V到0V的电压，然后立刻再施加一个0V到+2V的电压，会发现后一个过程中的电流明显比直接施加0V到+2V的要大。
这是因为，在前一个负电压扫描过程中，质子在MOF的一侧小通道入口积累，形成了那个“虚拟门”（局部电势ΔE）。当电压反向后，这个“虚拟门”不会马上消失，它会残留一段时间，反而会顺着新的电压方向，推一把后面的质子，造成电流增强。
这个残留的“虚拟门”，就是一种物理形式的记忆。
这个器件能够“记住”大约10秒钟内电压变化的历史。这不就是一种短期记忆吗？
人脑的短期记忆，被认为是在海马体中通过神经元的持续放电来实现的，持续时间也是从几秒到几分钟。h-MOFNT通过积累质子形成内部电势来“记忆”信息，两者在原理上何其相似。
从一块平平无奇的多孔晶体，到能够吸附气体的“超级海绵”，再到今天这个能够模拟大脑短期记忆的离子晶体管，MOF材料的旅程，完美诠释了基础科学研究的价值。
芯片有记忆了，AGI离我们还远吗！
参考资料：
https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2025/press-release
https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2025/popular-information
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adw7882
https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2025/popular-information
https://www.cognifit.com/cn/science/shortterm-memory
https://my.clevelandclinic.org/health/articles/memory
https://qbi.uq.edu.au/memory/how-are-memories-formed
https://www.rockefeller.edu/news/33790-scientists-discover-brain-region-linking-short-term-to-long-term-memory
https://www.techtarget.com/whatis/definition/von-Neumann-bottleneck
https://irds.ieee.org/roadmaps/2022-roadmaps
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