研究核心突破 - 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，颠覆了人们对畴壁结构的传统认知 [1] - 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联合团队完成，相关成果论文在国际顶级学术期刊《科学》(Science)上线发表 [1] 铁电材料基础与应用潜力 - 铁电材料是一类内部存在自发极化方向的特殊晶体材料，其“电学指南针”特性使其在信息存储、传感、人工智能等领域具有巨大应用潜力 [2][4] - 铁电材料内部由极化方向一致的“铁电畴”和分隔它们的“畴壁”组成，畴壁的物理特性迥异于铁电畴，是畴壁纳米电子学的基础 [4] 研究创新与方法 - 研究团队从2018年开始研究，通过材料制备创新，利用激光分子束外延方法生长出约5纳米厚的萤石结构铁电薄膜，创制了自支撑薄膜作为研究平台 [5] - 团队结合先进的电子显微学技术，实现了对纳米薄膜晶体结构的全方位原子级观察，基本知晓了薄膜中每一个原子的具体位置 [6] - 核心创新点是通过维度限制设计思路，在三维晶体里寻找到一维带电畴壁新结构 [8] 科学意义与应用前景 - 科学层面：研究结果打破了三维晶体中畴壁为本征二维结构的传统认知，阐明了极化切换与氧离子传输之间的内在耦合关系 [8] - 应用层面：埃级尺寸（约为人类头发直径的数十万分之一）的畴壁单元能极大提升信息存储密度，为开发极限密度人工智能器件奠定科学基础 [8] - 利用一维带电畴壁进行信息存储，预计将比当前的存储密度提高约几百倍，理论上可达每平方厘米约20太字节(TB) [9] - 基于一维畴壁的人造神经突触预计将大幅提高器件密度，并具有低功耗和易操控等优点，实验样品显示一维畴壁具有良好的稳定性 [9] 产业转化与战略价值 - 铁电畴壁研究的核心在于通过对材料内部极化“开关”及其边界的精确调控，来创造新一代高性能器件，以应对国家战略需求 [9] - 该研究可为开发下一代高性能、低功耗的人工智能芯片提供核心材料解决方案，利用畴壁单元在同一物理器件中实现高密度数据存储与类脑计算功能 [9]