北京凝聚态物理国家研究中心的金奎娟院士，还有她带的葛琛、张庆华老师，领着一个联合团队，在中国科学院物理研究所干出了件大事。团队把一种只有5纳米厚、相当于10个原子层的超薄萤石结构铁电薄膜给制备出来了。借助激光分子束外延技术和尖端的电子显微镜，他们发现了一种全新的结构——一维带电畴壁。1月23日，北京时间这天，国际顶级期刊《科学》直接在网上发表了这个研究成果，这就意味着咱们国家在这个基础科学的前沿领域站稳了脚跟。 铁电材料里有很多小单元像指南针一样排列，这就是极化特性。这些小单元排成不同的队伍就会形成“铁电畴”，队伍之间的边界就是“畴壁”。以前大家都以为三维晶体里的畴壁只是二维的面结构，这回我们的发现彻底把这想法给推翻了。我们是用了“维度限制”的设计思路，在这个特别薄的薄膜里面构造出了理想的研究体系。这就好比在一个立体网格里找到了一条具有特殊电学属性的线。 研究发现，这种结构之所以稳定存在，是因为萤石铁电体里极化翻转和氧离子迁移之间有独特的耦合机制。这对理解复杂氧化物材料里电荷、晶格、轨道之间的关系特别有帮助。应用前景更不用说了，一维带电畴壁的尺寸只有埃级那么大，就是头发丝直径的几十万分之一。要是拿它当信息存储或计算的基本单元，器件的尺寸肯定能被压缩到极限。团队还演示了怎么用外电场在半个晶胞的尺度内对它进行写入、驱动和擦除操作。 现在咱们国家要发展后摩尔时代的信息技术，特别是人工智能对算力的需求越来越大。铁电畴壁纳米电子学因为体积小、耗能低还能跟现有工艺兼容，被认为是很有潜力的突破方向。我们的这个研究算是从源头就搞出了创新，为以后开发革命性微电子器件提供了理论依据和材料体系。 从原子级别的观察到颠覆传统理论，再到想到未来的应用，这一系列动作充分体现了咱们中国科学家在物理基础前沿领域的能力和积累。这不仅是实验室里的好成果，也是咱们国家在关键核心材料研究上持续发力的结果。它给未来的信息技术，尤其是人工智能硬件底层革新注入了一股中国力量。