天然矿物中的声子去耦实现了亚原子铁电存储器

一个研究小组发现，在天然矿物褐米勒矿中，存在亚原子尺度的铁电现象。

该团队由浦项科技大学材料科学与工程系和半导体工程系的Si-Young Choi教授领导，与釜山国立大学的Jae Kwang Lee教授的团队以及成均馆大学的Woo Seok Choi教授的团队合作。该作品发表在《自然材料》杂志上。

电子设备将数据存储在称为域的存储单元中，域的最小大小限制了存储信息的密度。然而，由于原子振动的集体性质，基于铁电的存储器在最小化畴尺寸方面一直面临挑战。

研究小组找到了克服自然界这些局限性的灵感。他们专注于褐菱铁矿，这是一种天然矿物，其特征是四面体（FeO4）和八面体（FeO6）铁氧结构的独特交替层，类似于面包和火腿交替层的三明治。

引人注目的是，褐锰矿表现出一种称为声子去耦的特殊现象。声子代表原子振动。通常，当原子振动时，由于集体振动，附近的原子也会受到影响。然而，在褐米勒岩中，当四面体层振动时，相邻的八面体层大多不受影响。这种独特的性质使得在施加电场时能够在四面体层内选择性地形成畴。

这种现象在各种类型的褐铁矿中得到了证实，如SrFeO2.5和CaFeO2.5薄膜以及单晶CaFeO2.5。该团队的实验表明，电场只影响四面体层，改变原子位置，同时保持八面体层不变。该团队通过成功开发基于这种结构的铁电电容器和薄膜晶体管器件，进一步证明了这一现象的实用性。

如果商业化，这项技术有望开发出比当前型号更小、更快的存储设备。因此，智能手机和计算机的存储容量和处理速度可以显著提高，加速人工智能（AI）和自动驾驶汽车等高速数据处理技术的进步。

浦项科技的蔡思英教授表示：“这项研究展示了来自自然的智慧如何为技术局限性提供关键解决方案。解开尚未解释的自然现象的秘密可以进一步提高各种先进技术的适用性。”