为了让电子设备能装下更多的数据，并且不费太多电，科学家们一直在研究铁电材料。这种材料有个本事，就是里面的电荷方向能被电场调转过来，这在造新一代高密度、低耗电的存储器件上很有用。通常大家觉得，铁电材料里那些分隔不同电荷方向的“墙”肯定是平平的二维结构，所以以前的研究都在琢磨怎么摆弄这些二维墙。可问题是，现在的存储需求越来越大，大家都想在更小的尺度上找到新的结构。 中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心的金奎娟院士、葛琛研究员、张庆华副研究员等人组成了一个团队，他们看中了一类叫萤石结构铁电氧化物的材料。这类材料的结构挺特别，极性和非极性的原子层是一层一层排列的，这就让电荷的活动被限制在了个别的二维平面上。基于这个结构，团队大胆猜想：在这种限制的环境里，会不会出现一种像线一样的“带电墙”？ 为了验证这个想法，他们从2018年开始就没停过探索。这类材料本来就容易长出多块晶体而且成分混杂，制备起来很麻烦。于是他们就用了一种叫激光分子束外延的新技术，成功做出了只有5纳米厚（大约十层原子）的薄膜。接着又发展了一种化学剥离的方法，得到了可以放在显微镜下看的自支撑薄膜平台。 有了好材料还得有好工具来看。他们用了最顶尖的像差校正透射电子显微镜，终于看到了薄膜里所有原子的位置，清晰度达到了单个原子级别。这下真相大白了：在这些二维平面里确实存在一种细细的线状边界结构，宽和厚都只有埃米尺度（一埃米是十分之一纳米），也就是人类头发丝直径的几十万分之一。经过分析证实这就是他们要找的一维带电畴壁。 团队发现这个结构能被钉住稳定住的原因是因为里面聚集了过量的氧离子或者氧空位缺陷。更厉害的是他们不仅能看到这个结构还能动手控制它。他们用聚焦电子束产生的小电场成功演示了如何定向制造、移动和擦除这些一维带电畴壁。这说明这种微观结构以后可能会变成超微型电路里的基本单元。 这次突破不光是科学上的重大发现，还很有技术应用潜力。现在大家用的存储器一个单元大概有几十纳米那么大；即便用普通的二维墙做存储器也是一条线；而这次发现的这个新结构投影下来是一个只有0.25纳米的点。这种从“面”到“线”再到“点”的变化意味着能在一块地方塞下更多的信息记录点。理论计算说如果照这样做出来的存储器存储密度能达到每平方厘米20TB（20万亿字节），这对大数据、人工智能、物联网这些领域的发展会有很大帮助。 这项成就是我国科学家在基础研究上敢想敢干、挑战旧观念的成果展示了从猜想、造材料、看东西到论证应用的全过程创新能力为我们国家在新一代信息材料与器件领域抢占有利位置打下了基础。