中国突破极限密度存储技术 为人工智能器件奠定基础
中国科学家团队在铁电材料与畴壁研究领域取得重要突破，发现了一维带电畴壁新结构。这一发现不仅填补了铁电物理的一个空白，还颠覆了对畴壁结构的传统认知，并为开发高密度人工智能器件奠定了科学基础。
该研究由中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心的金奎娟院士、葛琛研究员和张庆华副研究员共同完成。他们通过激光法成功制备出自支撑萤石结构铁电薄膜，并利用先进的电子显微镜技术对薄膜中的一维带电畴壁进行了原子尺度的观测和调控。研究成果发表在国际学术期刊《科学》上。
铁电材料是一种特殊的晶体材料，其内部由许多微小的“电学指南针”组成，这些指南针指示正负电荷中心分离的方向，即使没有外部电场也自发地存在正负电荷分离且规则排列。铁电材料在信息存储、传感、人工智能等领域具有巨大应用潜力。
铁电材料中的“电学指南针”并非全部指向同一极化方向，而是分成了极化方向一致的“铁电畴”和分隔不同铁电畴的“畴壁”。畴壁的存在使得带电畴壁通常具有迥异于铁电畴的物理特性，科学家们据此提出畴壁纳米电子学，希望基于畴壁工程来大幅提升器件性能。
研究团队从2018年开始进行萤石结构铁电材料的研究，利用激光分子束外延方法在基底上生长了仅十个晶胞层厚度、约5纳米的萤石结构铁电薄膜。结合电子显微技术，实现了对纳米薄膜晶体结构的全方位原子级观察，发现了这种一维带电畴壁新结构。
这一发现打破了人们对于三维晶体中畴壁为本征二维结构的传统认知，阐明了萤石铁电体中极化切换与氧离子传输之间的内在耦合关系。埃级尺寸的畴壁单元预期能极大地提升信息存储密度，通过在半个单胞内控制一维畴壁的写入、驱动和擦除，能实现模拟计算，为极限密度人工智能器件开发提供了科学基础。
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