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受自然启发的突破实现亚原子级铁电存储器

本站发布时间:2025-07-04 04:47:35
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材料应力分析报告

测试时间:2023-09-15 依据ASTM E8标准执行

试样参数

  • 材料:ASTM A36钢
  • 尺寸:Ø12.7mm × 50mm标距长度
  • 表面处理:锌系磷化涂层(3-5微米)
参数 数值
屈服强度(0.2%偏移量) 250 ± 5 兆帕
极限抗拉强度 400-420 兆帕
断裂延伸率 23.4%(25mm标距)

显微组织观察

铁素体-珠光体结构

典型铁素体(α-Fe)基体含25-30%珠光体团
晶粒尺寸:ASTM 6-7级(10-15微米)
非金属夹杂物:B类(薄片状)≤1.5个/100倍视场

* 所有测试在22±2°C环境以1.5mm/min应变速率进行
** 使用Instron 8869试验机(50kN载荷传感器)

电子设备将数据存储在称为'磁畴'的存储单元中,其最小尺寸决定了信息存储密度。然而,铁电存储器因原子振动的集体特性,在微缩磁畴尺寸方面面临挑战。研究团队从自然界获得突破这一限制的灵感,重点关注具有独特交替层结构的天然矿物褐钇铌矿。该矿物的四配位铁氧层(FeO4)与八配位铁氧层(FeO6)交替排列,呈现出类似三明治的面包层与火腿层交替结构。

引人注目的是,褐钇铌矿展现了特殊的"声子解耦"现象。声子作为原子振动载体,通常会引起邻近原子的协同振动。但在该矿物中,当四配位层振动时,相邻的八配位层基本不受影响。这种独特性质使得施加电场时能够在四配位层内实现可控磁畴形成。

该现象在SrFeO₂.₅、CaFeO₂.₅薄膜及CaFeO₂.₅单晶等不同形态褐钇铌矿中均获验证。实验表明电场仅作用于四配位层,改变其原子排布而保持八配位层结构稳定。基于此特性,团队成功开发出铁电电容器和薄膜晶体管器件,验证了该现象的工程实用性。

若实现商用,该技术可制备比现行产品微型化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获显著提升,推动人工智能、自动驾驶等高速数据处理技术的突破。

浦项科技大学崔时永教授指出:"本研究证明自然智慧可为技术瓶颈提供关键解决方案。揭示尚未破解的自然现象之谜,将进一步提升各类尖端技术的应用潜力。"

本研究获得核心设备中心项目(材料成像分析中心)、科学技术信息通信部研究员计划、纳米材料技术开发项目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

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