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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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电子设备在称为“磁畴”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性特性，在最小化磁畴尺寸方面一直面临挑战。研究团队从自然界中获得灵感来克服这些限制。他们聚焦于褐针石（Brownmillerite），这是一种天然矿物，其特征是独特的四面体结构（FeO4）和八面体结构（FeO6）铁氧层交替排列，类似于面包和火腿交替叠层的三明治结构。
引人注目的是，褐针石展现了一种称为“声子解耦”的特殊现象。声子代表原子振动；通常情况下，当原子振动时，由于集体振动特性，邻近原子也会受到影响。然而在褐针石中，当四面体结构层振动时，相邻八面体结构层基本不受影响。这种独特性质使得在施加电场时，能够选择性地在四面体结构层内形成磁畴。
该现象在多种褐针石材料中得到证实，例如SrFeO2.5和CaFeO2.5薄膜，以及CaFeO2.5单晶。实验表明，电场仅影响四面体结构层，改变原子位置，而八面体结构层保持不变。团队基于此结构成功开发了铁电电容器和薄膜晶体管器件，进一步证明了该现象的实际应用价值。
若实现商业化，该技术有望开发出比现有型号小数十倍、速度快数十倍的存储设备。因此，智能手机和计算机的存储容量与处理速度将得到显著提升，从而加速人工智能（AI）和自动驾驶汽车等高速数据处理技术的发展。
浦项工科大学（POSTECH）的崔时勇教授指出："这项研究例证了源于自然的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之谜，或将进一步提升各类先进技术的适用性。"
本研究获得核心设备中心项目（材料成像与分析中心）、科学与信息通信技术部研究员计划、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的支持。
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
2025-07-17
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