在电子设备高度依赖存储技术的今天，人们每天通过手机拍摄数以千计的照片、观看海量视频、使用各类应用程序，却很少思考这些数据为何能在断电后依然完好保存。支撑这一切的，正是被称为电子设备“记忆中枢”的存储器。随着人工智能、大数据等领域的快速发展，数据量呈现爆炸式增长，传统存储技术已难以满足需求，三维存储器应运而生——这种技术通过垂直堆叠存储单元，在相同芯片面积下实现容量数十倍甚至上百倍的提升。
在三维存储器这座“数据高楼”中，开关材料扮演着至关重要的角色。它如同每个存储单元的“智能门卫”，既要防止电流在非目标单元间窜流（抑制漏电流），又要在读写数据时确保电流精准通过（提供驱动电流）。理想的开关材料需具备高开关比、快速响应、长寿命、低成本且与现有工艺兼容等特性。然而，全球半导体巨头如英特尔、三星等长期使用的阈值转变开关材料，仍存在性能瓶颈、成分复杂、稳定性不足等问题。
中国科学院上海微系统与信息技术研究所的科研团队，在宋志棠研究员的带领下，突破传统研究范式，从原子结构层面重新定义开关材料的设计逻辑。他们发现，非晶态材料中普遍存在的“缺陷导电细丝”理论存在局限性，转而聚焦于材料中特殊的非对称八面体结构单元，提出“非对称八面体基元开关理论”。基于这一理论，团队制定了四项筛选原则，能够从海量材料中快速定位具有潜力的基元组合。
通过将不同基元的优势进行“乐高式”整合，团队开发出一种新型开关材料。该材料在漏电流控制、驱动电流提供等关键指标上，首次超越英特尔当时量产产品的性能。这一突破直接推动了我国三维相变存储器芯片的产业化进程，为存储芯片自主可控提供了重要技术支撑。与此同时，团队还探索了另一条技术路径：通过计算阴/阳离子杂化率，研发出基于硫化锗（GeS）的开关材料。其工作原理依赖于“缺陷态电子激发和原子跳变”，在开关速度和稳定性方面表现优异，引发三星、海力士等国际企业的跟进研究。
在追求极致性能的过程中，团队将目光投向单一元素材料。他们发现，金属碲（Te）在常温下为固态，通电后可瞬间转变为液态，断电后迅速恢复固态。这种“晶态-液态”相变特性，使其成为天然的开关介质：固态时电阻高，电流难以通过；液态时电阻极低，电流畅通无阻。更关键的是，这一转变过程发生在纳秒级别，且可逆次数极高。通过设计限制型结构防止碲流失，团队进一步延长了材料寿命。相关成果发表于国际顶级期刊《科学》，并被评价为“开创性突破”。
科研成果的价值最终体现在产业化应用上。宋志棠团队从研究初期便构建了产学研协同创新体系，完成多项国家级科研项目，搭建了从基础研究到芯片验证的全链条平台。目前，团队已实现嵌入式相变存储器的量产，并正在推进更高密度三维相变存储器的商业化进程。当用户用手机流畅观看高清视频、通过人脸识别完成支付时，背后可能正有一颗源自中国科研团队的“超级开关”在默默工作。
