核心观点 - 中国科学院物理研究所团队在铁电材料领域取得突破性进展，成功创制并观测、调控了自支撑萤石结构铁电薄膜中的一维带电畴壁，该成果颠覆了传统对畴壁维度的认知，为开发超高密度信息存储和人工智能器件提供了新的科学基础[1][7] 研究成果概述 - 研究团队通过激光法创制了自支撑萤石结构铁电薄膜，并利用先进电子显微镜技术在原子尺度上观测和调控了薄膜中的一维带电畴壁，相关成果于1月23日发表于国际顶级期刊《科学》[1] - 该研究在萤石结构铁电材料二氧化锆中，发现了一维带电畴壁结构，其厚度和宽度均达到埃级尺寸，约为人类头发直径的数十万分之一[7] - 研究揭示了畴壁的稳定机制：畴壁处过量的氧离子或氧空位充当了“胶水”，稳定了这些带电结构[7] - 团队利用电子辐照产生的局部电场，成功演示了对这些一维带电畴壁的人工操控，包括产生、运动和擦除[7] 铁电材料与畴壁基础原理 - 铁电材料内部存在自发极化的“电学指南针”，其极化方向可通过外部电场反转，这一特性使其在信息存储、传感和人工智能领域具有巨大应用潜力[3] - 铁电材料中极化方向一致的区域称为“铁电畴”，分隔不同畴的界面即为“畴壁”[4] - 传统认知认为，在三维铁电晶体中，畴壁是二维的面状结构，尺寸远小于铁电畴本身，并由此发展出“畴壁纳米电子学”，旨在通过畴壁工程提升器件性能[4] 萤石结构铁电材料的特性与机遇 - 萤石结构铁电材料（如二氧化锆）的三维晶体结构由极性晶格层和非极性晶格层交替排列组成，铁电极化被限制在分离的极性层中[7] - 这种结构使得原本三维的铁电畴转变为近乎独立的二维结构，从而为存在一维的带电畴壁提供了可能[7] - 该研究成果颠覆了畴壁必然是二维面状结构的传统认知[7]