给新型二维铁电材料装上“方向盘” 实现精准定向滑移

科技日报记者 夏凡 通讯员 邵一鸣

记者16日获悉，宁波大学物理科学与技术学院研究员王宏伟联合宁波东方理工大学讲席教授李润伟、中国科学院宁波材料所研究员何日等，首次给新型铁电存储器件在原子层厚度下装上了“方向盘”，使滑移铁电体实现了精准方向切换。相关成果发表在国际物理学期刊《物理评论快报》上。

在信息存储与智能器件的竞赛中，更小、更快、更省电始终是三重核心考题。滑移铁电体作为新型二维铁电材料，具备低能耗、快速响应和优异疲劳耐受等潜力。然而，其在理想单畴结构中，材料内部存在多条对称等价的滑移路径，原子层沿哪一方向运动不受控制。如何让原子层在二维世界里沿指定方向滑动，一直是铁电行业的难题。

为此，研究团队以双层氮化硼为模型体系，在超级计算机里搭起了一间“数字实验室”：用直接从量子力学基本方程出发的第一性原理计算，摸清材料的电子和微观结构“家底”，再借助人工智能加持的深度势分子动力学模拟，追踪原子在飞秒尺度上的一举一动。在此基础上，团队沿单一方向对材料施加单轴应变，打破其三重旋转对称性。依托这一设计，团队打造出由非本征机制主导的方向锁定的层间滑移。研究结果显示，在水平推力的引导下，原子层只能由BA堆垛滑向AB堆垛，实现单行道式的定向锁定极化翻转。模拟结果证明，双层氮化硼完成一次极化翻转仅需约1.7皮秒。

“我们让应变像导轨一样预先铺在材料里，原子层从此告别自由滑行，只能沿着预设的单行道通行。”王宏伟说，目前该团队正致力于将该机制从理论模型推向器件实验验证。

据悉，该研究建立了一种通过应变工程统一极化定向调控与超快响应的新范式，为开发超快、低功耗、高精度的非易失信息器件和纳米机电器件提供了切实可行的技术路径。

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