研究核心突破 - 中国科学家团队在铁电材料领域发现一维带电畴壁新结构，颠覆了畴壁为二维结构的传统认知，补全了铁电物理的拼图 [1] - 该研究为开发具有极限密度的人工智能器件奠定了重要科学基础 [1] - 研究成果于北京时间1月23日在国际顶级学术期刊《科学》上线发表 [1] 研究团队与材料制备 - 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金奎娟院士、葛琛研究员、张庆华副研究员联合团队共同完成 [1] - 团队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 [6] - 创制的自支撑萤石铁电薄膜成为开展新结构研究的良好材料平台 [6] 技术方法与观测手段 - 研究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] - 通过维度限制的设计思路，在三维晶体里寻找到一维带电畴壁新结构 [7] 科学意义与创新 - 科学层面：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 [7] - 应用层面：埃级尺寸（约为人类头发直径的数十万分之一）的畴壁单元预期能极大地提升信息存储密度 [7] - 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 [7] 潜在应用与市场前景 - 铁电畴壁研究对人工智能硬件的革新潜力巨大，旨在应对信息存储、人工智能等国家战略需求 [8] - 利用具有灵活电场可调性的畴壁单元，可在同一物理器件中实现高密度数据存储与类脑计算功能，为下一代高性能、低功耗人工智能芯片提供核心材料解决方案 [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 [8] - 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 [8] - 实验样品中制备3年后仍能观察到畴壁稳定存在，表明一维畴壁具有良好的稳定性 [8]