鐵電疇壁是2019年公布的物理學名詞。中國科學院物理研究所團隊在螢石結構鐵電材料中發現一維帶電疇壁，其厚度和寬度均約為人類頭髮直徑的數十萬分之一。相關論文成果於台北時間1月23日凌晨在國際學術期刊《科學》發表。
鐵電疇壁是2019年公布的物理學名詞。中國科學院物理研究所團隊在螢石結構鐵電材料中發現一維帶電疇壁，其厚度和寬度均約為人類頭髮直徑的數十萬分之一。相關論文成果於台北時間1月23日凌晨在國際學術期刊《科學》發表。研究進展2...
鐵電疇指鐵電體內自發極化方向一致的區域，相鄰區域間形成疇壁，按極化夾角分為90°疇壁與180°疇壁等類型。鐵電疇存在於居里溫度以下的鐵電相中，其疇壁厚度僅為幾個晶格常數量級。通過電子顯微鏡透射法、覆膜法及化學腐蝕法可觀察疇結構。鐵電疇類型與晶體對稱性相關，如鈦酸鋇晶體在四方相、正交相及三方相中分別...
具有高開關比、納秒至皮秒級讀寫速度、長保持時間和可三維堆垛等特性。鐵電疇壁存儲器可與同質的全鐵電場效應電晶體集成，實現簡單的邏輯運算，形成存算一體化單元，這有助於突破傳統計算機架構中的“存儲牆”限制。基於對帶電疇壁導電態的電控開關，研究人員已成功設計了NAND、NOR等多種基本邏輯門和邏輯電路。
鐵電體中存在電疇，電疇是指自發極化方向相同的小區域，電疇與電疇之間的邊界稱為疇壁。對於多晶鐵電體，由於各晶粒的取向是完全任意性的，不同電疇中自發極化的相對取向沒有任何規律；對於單晶體，鐵電體中一般也不會只包含一個電疇，因為單電疇將對應較高的能量，不同電疇中極化強度的相對取向存在著簡單的...
鐵電疇壁的導電機制 在頭對頭（HH）疇壁結構中，極化不連續形成的正束縛電荷使導帶底下降，導致費米面進入導帶形成n型導電通道 尾對尾（TT）疇壁則通過負束縛電荷抬升價帶頂，使費米面進入價帶產生p型導電特性 這種能帶調控效應使得疇壁電導率可達本徵疇區的2-3個數量級，形成準一維導電通道 實驗觀測與理論計算 ...
一維帶電疇壁是鐵電材料中發現的納米級一維拓撲結構。2026年1月23日，中國科學院物理研究所金奎娟院士、葛琛研究員、張慶華副研究員團隊在《科學》雜誌上發表了相關研究成果，宣布在螢石結構氧化鋯薄膜中首次觀測到該結構。該結構被限制在極性晶格層內，厚度與寬度僅為埃米級別（約0.25納米）。疇壁處過量的氧離子或...
鐵電ZrO₂是一種螢石結構鐵電材料。鐵電材料是一類特殊的晶體材料，內部的正負電荷無需外部電場作用也能自發分離且規則排列。中國科學院物理研究所張慶華副研究員、金奎娟院士和葛琛研究員等合作團隊在鐵電ZrO₂中發現了一維帶電疇壁，相關成果發表於《Science》。該發現打破了三維晶體中疇壁為本徵二維結構的傳統認知。
鐵電疇 電疇概念 通常，鐵電體自發極化的方向不相同，但在一個小區域內，各晶胞的自發極化方向相同，這個小區域就稱為鐵電疇(ferroelectric domains)。兩疇之間的界壁稱為疇壁，根據兩個電疇的自發極化方向，可分為90°疇壁、180°疇壁等。疇壁通常位於晶體缺陷附近，因為缺陷區存在內應力，疇壁不易移動。鐵電疇...
疇壁共振是指當磁性材料受到外加交變磁場作用時，疇壁在其平衡位置附近發生振動，且振動頻率與交變場頻率一致時產生的共振現象。該現象的特徵頻率通常小於1吉赫茲（GHz），在自旋波邏輯器件、鐵電疇壁存儲器等磁性材料領域具有重要套用價值。物理機制 當外界施加交變磁場時，磁性材料內部疇壁會受到周期性力的作用，在...
在傳統鈣鈦礦鐵電體中，帶電缺陷在電場驅動下跨越晶格運動，經數萬次翻轉後形成缺陷團簇。這些團簇對疇壁施加釘扎作用，使鐵電疇失去可逆翻轉能力。傳統材料失效案例 以鋯鈦酸鉛（PZT）為例的典型鐵電體呈現以下疲勞特性：初始極化強度可達40μC/cm²，經10^6次翻轉後衰減90% 鈦酸鋇薄膜在低電場（/cm）下即出現...
中國科學院物理研究所團隊從2018年開始對螢石結構鐵電材料進行研究,致力於材料製備創新 [2]。該團隊於2026年1月23日在國際頂級學術期刊《科學》上發表了重大研究成果,成功在螢石結構鐵電材料中發現了一維帶電疇壁 [1] [5] [11]。這一發現打破了人們對於三維晶體中疇壁為本徵二維結構的傳統認知,為開發具有極限密度的
第3章 抗輻照鐵電薄膜製備與表征051 3.1 鐵酸鉍外延鐵電薄膜製備與表征052 3.1.1 脈衝雷射系統與薄膜沉積052 3.1.2 鐵酸鉍功能薄膜表征055 3.2 鈮酸鋰鐵電單晶薄膜製備與表征059 3.2.1 離子注入與鐵電單晶薄膜製備059 3.2.2 鈮酸鋰鐵電單晶表征060 3.3 鐵電電疇極化與表征061 3.4 鐵電疇壁導電...
弛豫鐵電體的化學無序晶格由鋅、鈮、鈦等元素的隨機分布形成，這種無序結構通過中子散射觀測顯示可破壞聲子傳播路徑。材料內部存在尺寸約2-20nm的極性納米疇（PNR），其動態旋轉機制能產生71°疇壁結構，該結構在外延應變調控下可實現傾斜與拉長疇共存。對於聚合物基弛豫鐵電體，分子手性誘導的螺旋形構相轉變形成亞...
《納米鐵磁和鐵電的疇壁演化和反轉機制理論研究》是依託四川師範大學，由趙國平擔任項目負責人的專項基金項目。項目摘要 鐵磁和鐵電系統不僅許多外在性質很相似，在物理本質上也具有可比性。本項目將從納米鐵磁和鐵電體系的熱力學方程出發，通過合理的模型和恰當的簡化，求解能量的極小值，揭示納米體系反向疇的成核，...
《基於鐵電疇壁局域非線性的雷射脈衝時頻測量技術研究》是依託中國工程物理研究院雷射聚變研究中心，由鄧學偉擔任項目負責人的青年科學基金項目。項目摘要 傳統超短脈衝測量採用的自相關、互相關技術難以提供全頻範圍可用、高動態對比度、高空間解析度的測量手段。本方案提出一種基於新材料新原理的型脈衝時頻特性單次精...
由於新鐵電材料薄膜工藝的發展,鐵電材料在信息存儲、圖像顯示和全息照相中的編頁器、鐵電光閥陣列作全息照相的存儲等已開始套用。 2026年1月23日,中國科學院物理研究所研究團隊在《科學》期刊發表成果,通過雷射法製備了自支撐螢石結構鐵電薄膜,並實現了對其中一維帶電疇壁的原子尺度觀測與操控,展示了鐵電材料在極限...
相關研究從理論出發，利用微磁仿真和多物理場仿真相結合手段，從介觀尺度揭示鐵電/鐵磁複合材料的電場調控磁特性；在此基礎上通過引入空間分辨的電場調控磁表征技術，深入研究了CoFeB/PMN-PT多鐵異質結體系鐵電疇、鐵電疇壁和鐵磁疇及其疇壁的相互關係，並研究了在原位電場驅動下，鐵磁疇及其疇壁的變化規律，解決了磁電耦合內在機理及
本項目的科學意義在於：一方面，鐵磁納米線中的疇壁運動是一個典型的非平衡態動力學過程，探討其規律具有重要的理論意義；另一方面，理解鐵磁納米線中疇壁運動規律對磁性器件設計也具有一定的實用價值。結題摘要 本項目報告研究範圍針對納米尺度的鐵磁、鐵電薄膜中疇壁運動行為。本報告研究目的是發展帶弱無序相互作用...
通過電子全息技術定量表征疇結構區域的自發極化空間分布，並利用原位電場載入觀測疇壁可動性（包括新疇形核長大與疇壁遷移過程），同時研究荷電缺陷對材料性能的影響。項目摘要 層狀鈣鈦礦鐵電體Bi4Ti3O12、Bi3.25La0.75Ti3O12和Bi3.15Nd0.85Ti3O12的晶體結構基本相同，但是這三種薄膜的自發極化和開關...
鐵電電滯回線的形成源於材料內部自發極化在外場作用下的不可逆轉向過程。當外加電場超過矯頑場強時，電疇結構發生重組，導致極化強度呈現滯後回響。該特性與材料的晶格對稱性、缺陷分布及疇壁運動密切相關，是判斷材料鐵電性的核心特徵。單分子尺度研究 2020年南京大學團隊通過電遷移法製備Gd@C82單分子器件，在單分子水平...
這些理論成果與在不同基體上生長的鐵酸鉍薄膜中觀測到的實驗現象相吻合，並在最佳化設計彈性多疇鐵電薄膜方面幫助我們建立了一個牢固的理論基礎。 在非本徵壓電效應方面,我們研究了疇壁移動對於鐵電薄膜介電和壓電性能的貢獻，並系統地進行了薄膜本徵壓電性能的理論研究。 在低移動性和高移動性多疇疇壁兩種情況下, ...
在外加電場的作用下，鐵電晶體在出現自發極化時，退極化場和應變將會伴隨著極化產生。晶體為保持穩定地極化，就會劃分成很多小區域，各個小區域裡的電偶極子沿相同的方向，但電偶極子在不同小區域裡卻是不同的取向，這些小區域被稱為電疇，疇的間界稱為疇壁。晶體的應變能及靜電能由於電疇的出現而變小，而疇...
拓撲缺陷（英文名：topological defect）是物理學中描述有序介質局部結構破壞的拓撲學概念，2019年由全國科學技術名詞審定委員會審定公布。其特性由系統全局對稱性決定，無法通過連續形變消除，常見類型包括疇壁、宇宙弦、向錯等。該現象廣泛存在於鐵電材料、液晶、宇宙早期真空場等物理系統中。鐵電體中的納米尺度拓撲缺陷...
2026年01月23日，中國科學家團隊發布最新研究成果，發現了一維帶電疇壁新結構。該發現補全了鐵電物理的拼圖，顛覆了人們對疇壁結構的傳統認知，為開發極限密度人工智慧器件奠定了重要的科學基礎。技術原理 該器件基於自支撐螢石結構鐵電薄膜，研究團隊通過雷射法成功製備。其核心結構單元為埃級尺寸的一維帶電疇壁，約為...
該一維疇壁位於螢石結構氧化鋯薄膜中，厚度與寬度均僅為埃米級別（約0.25納米）。研究團隊通過電子輻照產生的局部電場，實現了對這類疇壁的人工寫入、移動與擦除。此項突破將信息記錄單元從當前商用存儲器的“面”（尺寸為數十納米）、傳統鐵電疇壁的“線”，推進到“點”（一維疇壁在投影視角下），有望實現存儲...
作為聯合團隊成員在《科學》(Science)發表論文，報導了在自支撐螢石結構鐵電薄膜中發現一維帶電疇壁新結構的研究成果。研究方向 球差電鏡成像技術及其在功能氧化物薄膜和能源材料等體系的套用。2026年，張慶華作為研究團隊成員，在鐵電材料研究中通過雷射分子束外延方法創製自支撐螢石結構鐵電薄膜，並利用電子顯微技術對一維...
利用一維帶電疇壁進行信息存儲，理論預計存儲密度可達每平方厘米約20TB，為開發具有極限密度的器件提供了科學基礎。論文發表 論文標題為“Observation of one-dimensional, charged domain walls in ferroelectric ZrO₂”，發表於國際期刊《Science》，發表時間為2026年1月。研究內容 研究團...
鐵電體的極化強度還隨電場而劇烈變化。電子陶瓷 鐵電體的重要微觀特徵是具有電疇結構，即鐵電體具有許多沿特定方向自發極化到飽和的小區域──電疇。這些取向不同的電疇以疇壁分開。在相當強的外電場作用下，這種多疇晶體可以被電場強迫取向而單疇化。這種電疇隨外電場而反轉取向的動力學過程，包括疇壁的運動過程以及...
界面工程可增強耦合強度，如2024年發現的ε-Fe₂O₃薄膜中，I型180°疇壁處鐵電極化增強43%的同時呈現反鐵磁性耦合 多鐵疇結構的調控是重要研究方向：BiFeO₃外延薄膜中觀測到鐵電極化調製的可反轉二極體特性，其肖特基勢壘高度與極化方向直接關聯 YMnO₃中發現拓撲保護的多鐵疇渦旋結構，展現出苜蓿葉狀疇壁...
這樣當鈦酸鋇轉變成四方相後，晶體就出現了沿不同方向自發極化的晶胞小單元，我們稱之為電疇。也就是說，通過降低溫度，晶體從順電相轉變為鐵電相時，由於自發極化，引起表面靜電相互作用變化，產生電疇結構。電疇的類型、疇壁的取向，除了主要由晶體的結構對稱性決定外，同時還要滿足以下兩個條件： ① 晶格形變的...
