2026年1月23日，中國科學(xué)院物理研究所團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)登上《科學(xué)》期刊，首次在螢石結(jié)構(gòu)鐵電薄膜中觀測到一維帶電疇壁這一特殊晶體結(jié)構(gòu)，還實(shí)現(xiàn)了原子尺度的人工操控，直接顛覆了學(xué)界對疇壁結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)認(rèn)知，為納米電子學(xué)發(fā)展打開了全新空間。

要理解這個(gè)發(fā)現(xiàn)的意義，得先搞懂鐵電材料的基本特性。鐵電材料里藏著無數(shù)微小的“電學(xué)指南針”，也就是自發(fā)極化的電荷方向，即便沒有外部電場，這些電荷也會(huì)自發(fā)分離排列，還能通過外電場改變方向，這讓它在信息存儲、人工智能器件等領(lǐng)域極具應(yīng)用價(jià)值。這些“指南針”同向排列的區(qū)域是鐵電疇，疇與疇的邊界就是疇壁，此前學(xué)界一直認(rèn)為，三維鐵電晶體中的疇壁必然是二維平面結(jié)構(gòu)，就像魔方不同顏色方塊間的界面。

而此次研究的突破口，在于螢石結(jié)構(gòu)鐵電材料的特殊層狀構(gòu)造。它的晶體由極性和非極性晶格層交替組成，鐵電極化被限制在獨(dú)立的極性層內(nèi)，讓原本的三維鐵疇變成了二維“拼圖”，也讓一維線性的帶電疇壁有了存在的可能。研究團(tuán)隊(duì)用激光法做出僅十個(gè)晶胞層厚的自支撐螢石鐵電薄膜，再通過電子顯微鏡實(shí)現(xiàn)原子級觀測，不僅證實(shí)了一維帶電疇壁的存在，還發(fā)現(xiàn)其尺寸僅有埃級，約為人類頭發(fā)直徑的數(shù)十萬分之一。

更關(guān)鍵的是，團(tuán)隊(duì)摸清了這個(gè)特殊結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定原理和操控方法：疇壁處的氧離子或氧空位充當(dāng)了“膠水”，通過電荷補(bǔ)償讓帶電疇壁保持穩(wěn)定，還能利用電子輻照產(chǎn)生的局部電場，實(shí)現(xiàn)對疇壁產(chǎn)生、移動(dòng)和擦除的精準(zhǔn)操控。在我看來，這一發(fā)現(xiàn)的核心價(jià)值，不僅是打破了疇壁的維度認(rèn)知，更在于實(shí)現(xiàn)了“從發(fā)現(xiàn)到操控”的一步到位，讓實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)研究直接貼近了實(shí)際應(yīng)用。

埃級尺寸的一維帶電疇壁，能讓信息存儲密度實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍，理論上每平方厘米可存儲20TB數(shù)據(jù)，相當(dāng)于郵票大小的設(shè)備裝下1萬部高清電影。更重要的是，通過控制一維疇壁的寫入與擦除，能實(shí)現(xiàn)高效率的模擬計(jì)算，這為開發(fā)接近物理極限的人工智能器件奠定了科學(xué)基礎(chǔ)。

從材料制備到結(jié)構(gòu)觀測，再到人工操控，我國科研團(tuán)隊(duì)完成了一整套原創(chuàng)性研究，這不僅是鐵電材料領(lǐng)域的重大突破，更意味著我國在納米電子學(xué)的前沿探索中，掌握了從基礎(chǔ)理論到器件設(shè)計(jì)的核心主動(dòng)權(quán)，未來在超小型、高密度電子器件的研發(fā)上，也將擁有更多自主創(chuàng)新的空間。