网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

中国科学家首次让二维铁电材料实现定向滑移,存储芯片迎新变量

0
分享至

宁波大学联合中科院宁波材料所,首次让原子层厚度的滑移铁电体沿指定方向运动。极化翻转时间约1.7皮秒,比传统铁电材料快3到4个数量级。这为超低功耗存储芯片和纳米机电器件补上了一块关键拼图。

一条“单行道”被修进了原子层

宁波大学物理科学与技术学院研究员王宏伟,联合宁波东方理工大学讲席教授李润伟、中国科学院宁波材料所研究员何日等人,在双层氮化硼模型体系中实现了滑移铁电体的定向锁定滑移。研究成果发表于《物理评论快报》。


滑移铁电体是一类新型二维铁电材料。它的极化翻转不靠离子位移,而是靠上下原子层整体滑动,原理类似两张纸叠在一起抽动其中一张。这种机制天然规避了传统铁电材料的疲劳问题。但麻烦在于:理想单畴结构里存在多条对称等价的滑移路径,原子层往哪个方向滑,电场说了不算。


研究团队的做法是:沿单一方向施加单轴应变,打破材料原有的三重旋转对称性。压缩应变下,原子层只能从BA堆垛滑向AB堆垛,形成“单行道”式的锁定滑移。拉伸应变下,路径被能量壁垒堵死,反向滑移无法发生。

为什么这件事卡了这么久?

传统铁电材料靠离子在晶格内位移实现极化翻转,路径由晶格结构唯一确定,方向问题不存在。滑移铁电体的翻转机制完全不同——层间没有化学键约束,滑动方向由面内能量景观决定。在未加调控的单畴中,三条滑移路径能量完全等价,外加电场无法“指定”走哪条路。

这就好比在一张没有标线的三岔路口开车,车往哪边拐都行,但导航系统需要你每次都走同一条路。方向不确定性直接制约了滑移铁电体在高精度信息器件中的应用。


滑移铁电体不是“更好的铁电材料”,而是一类全新器件物理的起点。它解决的问题和传统铁电材料不在同一个维度上。

存储芯片和存算一体架构的直接受益方

模拟数据显示,双层氮化硼完成一次极化翻转仅需约1.7皮秒,比传统铁电材料快3到4个数量级。更关键的是,这个速度由单畴晶格驱动,不依赖畴壁成核和传播,因此响应时间不受器件尺寸限制。

这一特性直接指向两个产业方向:

第一,高密度非易失存储。 铁电隧穿结被视作下一代高密度存储和存算一体芯片的重要候选器件。中国科学院半导体研究所同期在滑移铁电隧穿结上实现了约1900万倍的开关电阻比,循环次数超过1000亿次。两项进展叠加,说明滑移铁电体系正在同时攻克“速度”和“信号强度”两个关键指标。


第二,存算一体架构。 铁电场效应晶体管兼具逻辑与存储功能,是突破冯·诺依曼架构“功耗墙”的核心器件路径之一。北京大学彭海琳团队今年1月已在晶圆级铋基二维铁电氧化物上实现了0.8伏工作电压、1.5×10¹²次循环耐久性的铁电晶体管。滑移铁电体的定向调控机制,为这类器件提供了另一条材料路线。

全球铁电存储器市场2026年规模预计为16.9亿美元,复合年增长率16.4%。二维铁电材料市场2024年约4.1亿美元,预计2031年达到14.8亿美元,年增速接近20%。数字不算大,但增速说明产业端对新型铁电材料的期待在快速升温。

二维铁电材料短期内不会替代传统铁电存储。真正先落地的场景,可能是在AI推理芯片的片上缓存和神经形态计算单元里,作为低功耗非易失权重存储的底层材料。它的对手不是FeRAM,是SRAM。

从理论到器件的路还有多远

王宏伟在报道中明确表示,团队正致力于将该机制从理论模型推向器件实验验证。这句话透露的信息是:目前的工作仍是计算模拟阶段,尚未进入器件实物阶段。

产业化面临的核心瓶颈不在原理,在工程。当前滑移铁电材料主要通过机械剥离和转移获得,尺寸通常在微米级别,产率低,无法满足大面积集成加工需求。此外,器件应用中的循环寿命、高温环境下的滑移势垒变化、界面热膨胀失配等问题,都还缺乏系统验证。

但有一个积极信号:该机制不局限于双层氮化硼。研究团队指出,它可以推广至双层MoS₂、γ-InSe和WSe₂等体系,在多层体系中可通过逐层滑移和耦合拖曳的方式延续。 这意味着材料选择空间大,不必押注单一体系。

从时间窗口看,铁电材料从实验室到晶圆级集成,通常需要5到8年。北大彭海琳团队的铋基铁电氧化物已经走到了晶圆级制备这一步,说明二维铁电材料的工程化节奏在加快。滑移铁电体的定向调控如果在未来2到3年内完成器件验证,将有机会进入主流存储芯片的技术路线图。

这个问题值得思考:你所在的环节,未来三年会不会因为非易失存储的功耗优势被重新定义?你怎么看这次突破对你所在存储或芯片设计环节的影响?

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
利拉德回归25+6开拓者轻取太阳,杨瀚森5分2板莫兰特14+8

利拉德回归25+6开拓者轻取太阳,杨瀚森5分2板莫兰特14+8

湖人崛起
2026-10-22 12:27:50
苍井空公开承认南京大屠杀:我在上学时学到过,一切的根源都在于战争

苍井空公开承认南京大屠杀:我在上学时学到过,一切的根源都在于战争

不掉线电波
2026-10-21 12:22:08
高市早苗上任一年4次会面特朗普!5500亿投资、稀土矿双手奉上…日本正在被高市掏空!

高市早苗上任一年4次会面特朗普!5500亿投资、稀土矿双手奉上…日本正在被高市掏空!

可达鸭面面观
2026-10-21 16:47:34
越算越紧的养老账!企业职工养老保险八成靠保险费,机关事业单位四成靠财政补贴

越算越紧的养老账!企业职工养老保险八成靠保险费,机关事业单位四成靠财政补贴

可达鸭面面观
2026-10-20 17:18:44
难以置信!网传一女子发布婚内保证书,自述抖音结识异性发生不当关系,引发轩然大波

难以置信!网传一女子发布婚内保证书,自述抖音结识异性发生不当关系,引发轩然大波

火山詩话
2026-10-22 08:15:35
难以置信!一博主称晒车附车主信息发帖同城交友,一日收到13位女生私信,直言“5个质量不错”

难以置信!一博主称晒车附车主信息发帖同城交友,一日收到13位女生私信,直言“5个质量不错”

火山詩话
2026-10-22 07:35:45
33岁中国外卖员在伦敦送餐,被69岁英国亿万富豪看中:怀上孩子,我就娶你!“你要是能怀孕,我们就结婚。”

33岁中国外卖员在伦敦送餐,被69岁英国亿万富豪看中:怀上孩子,我就娶你!“你要是能怀孕,我们就结婚。”

扶苏聊历史
2026-10-21 18:05:26
浓眉34+12+4奇才末节逆转雄鹿开门红,吹杨20分13助攻状元缺席

浓眉34+12+4奇才末节逆转雄鹿开门红,吹杨20分13助攻状元缺席

湖人崛起
2026-10-22 09:43:05
张嘉益好友聚餐,70岁陈宝国仍有胸肌,二叔满脸通红,抽100的烟

张嘉益好友聚餐,70岁陈宝国仍有胸肌,二叔满脸通红,抽100的烟

小椰的奶奶
2026-10-22 05:04:05
北京大学党委原常委、纪委书记、中文系原副主任、党总支书记闵开德教授逝世

北京大学党委原常委、纪委书记、中文系原副主任、党总支书记闵开德教授逝世

双一流高校
2026-10-22 01:10:25
小卡回归首秀23+6!猛龙43分狂胜公牛 巴恩斯23+6+5四人轰20+

小卡回归首秀23+6!猛龙43分狂胜公牛 巴恩斯23+6+5四人轰20+

醉卧浮生
2026-10-22 10:26:53
旭日旗进境外课堂,陈宇昕家境曝光,南京方面如何回应?

旭日旗进境外课堂,陈宇昕家境曝光,南京方面如何回应?

平老师666
2026-10-21 21:14:14
“公奔私”先行者,知名私募大佬病逝,年仅57岁

“公奔私”先行者,知名私募大佬病逝,年仅57岁

财联社
2026-10-21 20:46:02
不查不知道,一查吓一跳!披旗的南京精日分子陈宇昕,私下有多壕

不查不知道,一查吓一跳!披旗的南京精日分子陈宇昕,私下有多壕

北海史记
2026-10-21 19:09:56
泽连斯基:愿在保留75%领土控制权的基础上达成和平协议

泽连斯基:愿在保留75%领土控制权的基础上达成和平协议

界面新闻
2026-10-21 19:47:20
什么时候我们连讨论一起车祸起火的资格都没有了?

什么时候我们连讨论一起车祸起火的资格都没有了?

魔都囡
2026-10-22 03:05:45
“精日”留学生已被遣送回国,南京警方表态:这不是小事!

“精日”留学生已被遣送回国,南京警方表态:这不是小事!

仕道
2026-10-22 11:43:40
70名中国留学生在泰国被骗近200万元!新骗局曝光

70名中国留学生在泰国被骗近200万元!新骗局曝光

扬子晚报
2026-10-22 07:29:30
宇树H2-X机器人举起汽车救人引热议!网友:有点儿期待今年春晚了

宇树H2-X机器人举起汽车救人引热议!网友:有点儿期待今年春晚了

快科技
2026-10-22 09:28:10
南京警方回应“留学生在国外身披旭日旗”事件:收到数百起举报,有专门部门处理,“这不是小事”

南京警方回应“留学生在国外身披旭日旗”事件:收到数百起举报,有专门部门处理,“这不是小事”

大风新闻
2026-10-21 22:57:10
2026-10-22 12:43:00
中国先进制造技术论坛 incentive-icons
中国先进制造技术论坛
领先工业媒介和产业服务平台!
3835文章数 26863关注度
往期回顾 全部

科技要闻

腾讯云谷歌紧急行动!互联网安全出大事

头条要闻

伊朗伊斯兰革命卫队发言人:我们准备推出"炸弹之父"

头条要闻

伊朗伊斯兰革命卫队发言人:我们准备推出"炸弹之父"

体育要闻

热闹的NBA回来了,他却倒在新赛季大门口

娱乐要闻

杜淳王灿近况曝光:铁婚六年甜上热搜

财经要闻

为卖房,有房企花20万拍短剧

汽车要闻

有七座/续航提升 领克900L曝光还可选双色车身+大饼轮毂

态度原创

健康
艺术
数码
亲子
军事航空

痘痘能根治吗?皮肤科医生说实话

艺术要闻

20幅 俄罗斯当代画家Vladimir Smakovsky风景油画

数码要闻

振华推出VGA 12+4PIN过电流保护转接线,支持视觉、听觉双重警告

亲子要闻

拇指发育不良一定要做手术吗?生活不受影响不必过度干预

军事要闻

泽连斯基"愿以领土换和平协议" 普京表态

无障碍浏览 进入关怀版