院况简介
北京前沿科学技术研究院（简称“北前科学院”）成立于2016年9月，北前科学院，是由北京中科光析科学技术研究所，北检（北检）检测技术研究院，标检（北京）质量检测中心等科研单位，组建成立的独立科学科研机构，致力于前沿科学领域的研究与创新人才培养，科学技术转移孵化等，世界前沿新科学普及传播。 更多简介 +
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电子设备将数据存储于名为"存储域"的内存单元中，其最小尺寸限制了信息存储密度。然而，基于铁电体的存储器因原子振动的集体性特征，在缩小存储域尺寸方面始终面临挑战。该研究团队从自然界获得灵感以突破这些限制。他们聚焦于褐针镍矿——一种天然矿物，其特征为四面体(FeO4)与八面体(FeO6)铁氧结构交替堆叠的独特层状排列，犹如面包层与火腿层交替的三明治结构。
引人注目的是，褐针镍矿展现出名为"声子解耦"的特殊现象。声子代表原子振动；通常情况下，原子振动会因集体振动效应影响邻近原子。然而在褐针镍矿中，当四面体层振动时，相邻的八面体层基本不受波及。这种独特性质使得施加电场时，能够在四面体层内实现选择性存储域形成。
该现象在多种褐针镍矿材料中得到验证，例如SrFeO2.5和CaFeO2.5薄膜，以及单晶CaFeO2.5。实验证实电场仅影响四面体层——改变原子位置的同时保持八面体层不变。团队基于此结构成功研制铁电电容器及薄膜晶体管器件，进一步验证了该现象的应用价值。
若实现商业化，此项技术有望开发出比现有型号缩小数十倍且速度更快的存储器件。智能手机和计算机的存储容量与处理速度将因此显著提升，从而加速人工智能(AI)和自动驾驶等高速数据处理技术的进步。
浦项理工大学(POSTECH)的崔时永教授指出："本研究印证了自然智慧如何为技术瓶颈提供关键解决方案。揭示尚未明晰的自然现象奥秘，将进一步提升各类先进技术的适用性。"
本研究获核心设备中心项目（材料成像与分析中心）、科学技术信息通信部研究员计划、纳米与材料技术开发计划、以及下一代智能半导体技术开发计划支持。
Story Source:
Materialsprovided byPohang University of Science & Technology (POSTECH).Note: Content may be edited for style and length.
Journal Reference:
Jinhyuk Jang, Yeongrok Jin, Yeon-Seo Nam, Heung-Sik Park, Jaegyu Kim, Kyeong Tae Kang, Yerin So, Jiwoung Choi, Youngchang Choi, Jaechan Shim, Panithan Sriboriboon, Dong Kyu Lee, Kyoung-June Go, Gi-Yeop Kim, Seungbum Hong, Jun Hee Lee, Daesu Lee, Myung-Geun Han, Junwoo Son, Yunseok Kim, Hiroki Taniguchi, Seokhyeong Kang, Jang-Sik Lee, He Tian, Chan-Ho Yang, Yimei Zhu, Sang-Wook Cheong, Woo Seok Choi, Jaekwang Lee, Si-Young Choi.Sub-unit-cell-segmented ferroelectricity in brownmillerite oxides by phonon decoupling.Nature Materials, 2025; DOI:10.1038/s41563-025-02233-7
2025-07-01
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