北京
1 月 23 日，中国科学院物理研究所与北京凝聚态物理国家研究中心的科研团队在铁电材料研究中取得新进展。该研究首次在氧化锆铁电体中实验观测到一种被称为“一维带电畴壁”的新物态，相关成果已于今日凌晨发表在《科学》上。
▲ 铁电 ZrO₂中的一维带电畴壁。铁电 ZrO₂结构的卡通示意图以及限制在二维极性层内的“头对头”和“尾对尾”型带电畴壁的原子模型。
在铁电材料中，分隔不同极化区域的界面称为“畴壁”，其本身常具备独特的物理性质，被认为有潜力用于构建新型纳米电子器件。传统上，在三维块体铁电晶体中，畴壁被视为具有纳米厚度的二维结构。如何获得尺寸更小的畴壁以提升未来器件集成密度，是该领域的一个关键问题。
研究团队关注的萤石结构铁电体（如氧化锆）具有特殊的层状结构，其中二维的极性层被非极性层隔开。理论预测，在这种受限的极性层内，可能存在尺寸极限极小且能独立运动的带电畴壁，但实验观测一直面临挑战。
此次，研究团队通过激光法制备了自支撑的氧化锆铁电薄膜，并成功观测到了其中存在的“头对头”和“尾对尾”型一维带电畴壁。测量表明，这些畴壁的截面尺寸仅为亚单胞级别（约 2.55 埃 ×2.71 埃）。研究还揭示了其通过氧离子位置自调整实现电荷屏蔽的独特机制，并演示了利用局部电场对这类一维畴壁进行人工操控。
这项工作首次在实验上证实了三维铁电晶体中可以存在稳定的一维畴壁结构，突破了畴壁本质为二维结构的传统认识。该发现为探索基于铁电畴壁的、具有极限尺寸的高密度电子器件（如新型存储或人工智能芯片单元）提供了新的科学基础。
该论文共同第一作者为中国科学院物理研究所博士后（现鲁东大学副教授）钟海与博士生王诗雨。张庆华副研究员、金奎娟院士与葛琛研究员为共同通讯作者。研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等多个项目的支持。
本文源自：IT之家
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