受自然界启发的突破实现亚原子级铁电存储器

电子设备在称为"畴"的存储单元中保存数据，其最小尺寸限制了信息存储密度。然而，基于铁电材料的存储器因原子振动的集体特性，在微缩畴尺寸方面面临挑战。研究团队从自然界获得突破这些限制的灵感，聚焦于具有独特交替层状结构的天然矿物布朗密勒石——其四面体(FeO4)与八面体(FeO6)铁氧结构交替排列，如同面包与火腿交叠的三明治。

引人注目的是，布朗密勒石展现出名为"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时会引发邻近原子集体振动。但在布朗密勒石中，当四面体层振动时，相邻的八面体层基本不受影响。这一独特性质使得施加电场时能在四面体层内选择性形成电畴。

该现象在多种布朗密勒石材料中得到验证，包括SrFeO2.5和CaFeO2.5薄膜以及CaFeO2.5单晶。实验表明电场仅影响四面体层——改变原子位置的同时八面体层保持不变。团队基于此结构成功开发铁电电容器和薄膜晶体管器件，进一步验证了该现象的应用价值。

若实现商业化，该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发展。

浦项科技大学的崔时永教授指出："这项研究证明源自自然的智慧如何为技术瓶颈提供关键解决方案。揭示尚未破解的自然现象奥秘，将进一步提升各类先进技术的适用性。"

本研究获得核心设施中心项目（材料成像分析中心）、科学技术信息通信部研究员计划、纳米材料技术开发计划及下一代智能半导体技术开发计划支持。