【產(chǎn)通社，2月11日訊】中國(guó)科學(xué)院(Chinese Academy of Sciences）官網(wǎng)消息，鐵電疇壁往往展現(xiàn)出迥異于疇區(qū)的物理性質(zhì)�；诖耍瑒虼髮W(xué)J. F. Scott和加州大學(xué)R. Ramesh等人在《現(xiàn)代物理評(píng)論》(Review of Modern Physics）中提出 “疇壁即器件”(the wall is the device）。疇壁納米電子器件已經(jīng)在非易失存儲(chǔ)和人工智能等領(lǐng)域展現(xiàn)出潛在應(yīng)用前景。在三維鐵電晶體中，疇壁通常被認(rèn)為是具有納米級(jí)厚度的二維結(jié)構(gòu)，如何獲得具有極限尺寸的疇壁進(jìn)而提高器件密度是該領(lǐng)域的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。

螢石結(jié)構(gòu)鐵電體的出現(xiàn)為解決這個(gè)問(wèn)題帶來(lái)了新機(jī)遇。它們的三維晶體結(jié)構(gòu)是由二維極性層和非極性層交替排列組成，鐵電極化被限制在二維極性層中。聲子平帶理論表明非極性層的存在解耦了相鄰極性層的相互作用，各極性層可獨(dú)立發(fā)生極性切換而保持穩(wěn)定。據(jù)此推斷，在這些二維極性層中可能存在受維度限制且可獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的帶電疇壁，然而相關(guān)研究極具挑戰(zhàn)尚屬空白。

近期，中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心楊國(guó)楨院士、金奎娟院士、葛琛研究員課題組與張慶華副研究員等合作者通過(guò)激光法創(chuàng)制了自支撐螢石結(jié)構(gòu)鐵電薄膜，實(shí)驗(yàn)觀測(cè)了氧化鋯鐵電體中的頭對(duì)頭和尾對(duì)尾型一維帶電疇壁新物態(tài)，揭示了這些疇壁亞單胞級(jí)的極限尺寸以及獨(dú)特的自平衡氧占據(jù)的電荷屏蔽機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了局部電場(chǎng)對(duì)一維帶電疇壁的人工操控，闡明了螢石鐵電體中極化切換與氧離子傳輸之間的內(nèi)在耦合關(guān)系。該工作打破了人們對(duì)于三維晶體中疇壁為本征二維結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)認(rèn)知，為開(kāi)發(fā)具有極限密度的人工智能納電子器件提供了科學(xué)基礎(chǔ)。

相關(guān)研究成果以“Observation of one-dimensional charged domain walls in ferroelectric ZrO?”為題發(fā)表于《Science》。物理所博士后/現(xiàn)魯東大學(xué)副教授鐘海和物理所博士生王詩(shī)雨為論文的共同第一作者，物理所張慶華副研究員、金奎娟院士和葛琛研究員為共同通訊作者，合作者還包括清華大學(xué)谷林教授、物理所金士鋒研究員等。該工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、山東省自然科學(xué)基金和山東省高等學(xué)校青創(chuàng)團(tuán)隊(duì)等項(xiàng)目的資助。

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