記者從中國(guó)科學(xué)院物理研究所獲悉，國(guó)科該所研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)激光法創(chuàng)制了自支撐螢石結(jié)構(gòu)鐵電薄膜，研團(tuán)并利用先進(jìn)的隊(duì)發(fā)帶電pc28蛋蛋在线预测加拿大電子顯微鏡技術(shù)對(duì)薄膜中的一維帶電疇壁（晶體結(jié)構(gòu)）進(jìn)行了原子尺度的觀測(cè)和調(diào)控。相關(guān)成果1月23日在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》發(fā)表。晶體結(jié)構(gòu)

　　在物質(zhì)世界中存在一類特殊的國(guó)科晶體材料，它的研團(tuán)內(nèi)部由許多微小的“電學(xué)指南針”組成，這些“指南針”不是隊(duì)發(fā)帶電指向南北，而是指示正負(fù)電荷中心分離的方向，即自發(fā)極化的方向。我們稱這種即使沒(méi)有外部電場(chǎng)也自發(fā)地存在正負(fù)電荷分離且規(guī)則排列的材料為鐵電材料，它們的極化方向可以通過(guò)施加外部電場(chǎng)來(lái)反轉(zhuǎn)。像指南針能夠吸引鐵質(zhì)金屬一樣，鐵電材料中的這些“電學(xué)指南針”也能夠吸引附近物質(zhì)中的電荷。基于它們的這一特性，鐵電材料在信息存儲(chǔ)、傳感、人工智能等領(lǐng)域都具有巨大的應(yīng)用潛力。

　　出于降低系統(tǒng)能量的需求，鐵電材料中的 “指南針”并非全部指向同一極化方向，而是分成了極化方向一致的 “鐵電疇”和分隔不同鐵電疇的“疇壁”。一塊鐵電材料就像一個(gè)魔方，當(dāng)所有小方塊顏色相同時(shí)魔方便是無(wú)疇壁的單一鐵電疇；當(dāng)不同顏色的小方塊（即不同極化取向的鐵電疇）組合在一起時(shí)它們的界面就是疇壁。如果兩個(gè)鐵電疇的同一極拼在一起，它們之間的疇壁便會(huì)由于電荷聚集而難以穩(wěn)定，需要一些特殊的“膠水”（即電荷補(bǔ)償機(jī)制）將它們“粘”在一起。而也正是由于這些特殊“膠水”的存在，使得帶電疇壁通常具有迥異于鐵電疇的物理特性。同時(shí)，由于疇壁被用來(lái)分隔不同的鐵電疇，人們通常認(rèn)為在三維的鐵電晶體中疇壁必然是二維的面，具有遠(yuǎn)小于疇的尺寸。科學(xué)家們據(jù)此提出了疇壁納米電子學(xué)，希望基于疇壁工程來(lái)大幅提升器件性能。

　　那么自然界是否有合適的材料去構(gòu)建超小型鐵電疇壁從而提升存儲(chǔ)密度呢？螢石結(jié)構(gòu)鐵電材料的出現(xiàn)帶來(lái)了新機(jī)遇，它的三維晶體結(jié)構(gòu)是由極性晶格層和非極性晶格層交替排列組成。鐵電極化被限制在分離的極性晶格層中，而且各極性晶格層幾乎是完全獨(dú)立的，因此原本的三維鐵疇“魔方”變成了分離的二維鐵疇“拼圖”。據(jù)此，在這種材料中可能存在一維的帶電疇壁結(jié)構(gòu)。如果存在的話，是怎樣的物理機(jī)制充當(dāng)“膠水”來(lái)穩(wěn)定了這些帶電疇壁呢？我們又能否人為操控這些疇壁的產(chǎn)生、運(yùn)動(dòng)和擦除呢？

　　科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)這些帶電疇壁被約束在極性晶格層中，厚度和寬度均具有埃級(jí)尺寸（約為人類頭發(fā)直徑的數(shù)十萬(wàn)分之一），疇壁處過(guò)量的氧離子或氧空位充當(dāng)了黏結(jié)的“膠水”穩(wěn)定了這些帶電的疇壁。研究團(tuán)隊(duì)利用電子輻照產(chǎn)生的局部電場(chǎng)演示了對(duì)這些一維帶電疇壁的人工操控。這一研究成果顛覆了人們對(duì)于疇壁結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)認(rèn)知，并為開(kāi)發(fā)具有極限密度的人工智能器件提供了科學(xué)基礎(chǔ)。

　　另?yè)?jù)新華社報(bào)道，利用極限尺寸功能結(jié)構(gòu)大幅提升器件的存儲(chǔ)密度，實(shí)現(xiàn)“存得更多、占得更少”，是當(dāng)今物質(zhì)科學(xué)和信息技術(shù)交叉融合的前沿領(lǐng)域。近日，中國(guó)科學(xué)院物理研究所團(tuán)隊(duì)成功在螢石結(jié)構(gòu)鐵電材料中發(fā)現(xiàn)了一維帶電疇壁，厚度和寬度均約為人類頭發(fā)直徑的數(shù)十萬(wàn)分之一，為開(kāi)發(fā)具有極限密度的器件提供了科學(xué)基礎(chǔ)。

　　鐵電材料是一類特殊的晶體材料，內(nèi)部的正負(fù)電荷無(wú)需外部電場(chǎng)作用也能自發(fā)分離且規(guī)則排列，分離方向一致的區(qū)域形成鐵電疇，疇壁則是不同鐵電疇間的界面。以往學(xué)界認(rèn)為三維晶體中的疇壁必然是二維的面，這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)顛覆了這一傳統(tǒng)認(rèn)知。

　　據(jù)介紹，鐵電材料在信息存儲(chǔ)、傳感、人工智能等領(lǐng)域應(yīng)用潛力巨大。利用一維帶電疇壁進(jìn)行信息存儲(chǔ)，有望使存儲(chǔ)密度提高約幾百倍，理論預(yù)計(jì)達(dá)每平方厘米約20TB，相當(dāng)于將1萬(wàn)部高清電影或20萬(wàn)段高清短視頻存儲(chǔ)在一張郵票大小的設(shè)備中。相關(guān)論文成果已于北京時(shí)間1月23日凌晨在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》發(fā)表。

　　來(lái)源：央視新聞客戶端、新華社

　　作者: 帥俊全 褚爾嘉