國之突破！發現一維帶電晶體，刷新納米電子學認知

2026年1月23日，中國科學院物理研究所團隊的一項新發現登上《科學》期刊，首次在螢石結構鐵電薄膜中觀測到一維帶電疇壁這一特殊晶體結構，還實現了原子尺度的人工操控，直接顛覆了學界對疇壁結構的傳統認知，為納米電子學發展打開了全新空間。

要理解這個發現的意義，得先搞懂鐵電材料的基本特性。鐵電材料里藏著無數微小的“電學指南針”，也就是自發極化的電荷方向，即便沒有外部電場，這些電荷也會自發分離排列，還能通過外電場改變方向，這讓它在信息存儲、人工智能器件等領域極具應用價值。這些“指南針”同向排列的區域是鐵電疇，疇與疇的邊界就是疇壁，此前學界一直認為，三維鐵電晶體中的疇壁必然是二維平面結構，就像魔方不同顏色方塊間的界面。

而此次研究的突破口，在于螢石結構鐵電材料的特殊層狀構造。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立的極性層內，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。研究團隊用激光法做出僅十個晶胞層厚的自支撐螢石鐵電薄膜，再通過電子顯微鏡實現原子級觀測，不僅證實了一維帶電疇壁的存在，還發現其尺寸僅有埃級，約為人類頭發直徑的數十萬分之一。

更關鍵的是，團隊摸清了這個特殊結構的穩定原理和操控方法：疇壁處的氧離子或氧空位充當了“膠水”，通過電荷補償讓帶電疇壁保持穩定，還能利用電子輻照產生的局部電場，實現對疇壁產生、移動和擦除的精準操控。在我看來，這一發現的核心價值，不僅是打破了疇壁的維度認知，更在于實現了“從發現到操控”的一步到位，讓實驗室的基礎研究直接貼近了實際應用。

埃級尺寸的一維帶電疇壁，能讓信息存儲密度實現質的飛躍，理論上每平方厘米可存儲20TB數據，相當于郵票大小的設備裝下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，能實現高效率的模擬計算，這為開發接近物理極限的人工智能器件奠定了科學基礎。

從材料制備到結構觀測，再到人工操控，我國科研團隊完成了一整套原創性研究，這不僅是鐵電材料領域的重大突破，更意味著我國在納米電子學的前沿探索中，掌握了從基礎理論到器件設計的核心主動權，未來在超小型、高密度電子器件的研發上，也將擁有更多自主創新的空間。