信息社会持续发展,电子设备的存储容量与能效比正成为产业升级的关键瓶颈。如何在更小的物理空间存储更多数据、同时降低能耗,是全球科研长期针对的问题。铁电材料因独特的极化特性,被认为是突破该瓶颈的重要候选。铁电材料具有自发极化:内部正负电荷中心会自发分离,形成稳定的极化方向,并且该方向可在外部电场作用下反转。这种可逆极化使其在信息存储、人工智能芯片等领域具备应用潜力。然而,长期以来,人们对铁电材料内部结构的认识仍有局限。传统理论认为,三维铁电晶体中的畴壁必然是二维平面结构。基于这一认识,研究人员多年来主要通过调控二维畴壁来提升器件性能,但在存储密度和算力需求快速攀升的背景下,这一路径的增量空间越来越有限。中国科学院物理研究所金奎娟院士、葛琛研究员、张庆华副研究员联合团队的突破,来自对萤石结构铁电材料的深入研究。这类材料晶体结构特殊:三维晶体由极性与非极性晶格层交替排列,铁电极化被限制在相互独立的极性层中。由此,团队提出新问题——在这种结构中,是否可能存在突破二维畴壁限制的一维带电畴壁?
从“看见”到“可控”,再到“可用”,材料科学的每一步跨越都建立在对微观结构的更深入理解之上。一维带电畴壁的发现,不仅刷新了对铁电畴壁形态的认识,也提示未来信息技术的竞争焦点,可能更多来自原子尺度的新机理与新结构。要把科学突破转化为产业优势,仍需要持续基础研究投入、稳定的工程化迭代,以及跨学科协同创新。面向更高密度、更低能耗的未来,材料与器件的“降维创新”正成为值得关注的新方向。