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1月21日在中國科學院物理研究所實驗室拍攝的用于鐵電測試的鐵電電容器樣品。新華社記者 金立旺攝

想象一下，將一萬部高清電影或二十萬段短視頻，全部塞進一張郵票大小的設(shè)備里——這不是科幻，而是我國科學家的最新成果可能帶來的真實未來圖景。23日，中國科學院物理研究所金奎娟院士、葛琛研究員、張慶華副研究員聯(lián)合團隊在《科學》期刊上發(fā)表重要研究成果——首次在三維晶體中發(fā)現(xiàn)并操控“一維帶電疇壁”，為下一代超高密度存儲與人工智能芯片奠定了科學基礎(chǔ)。這項成果不僅顛覆了傳統(tǒng)認知，更意味著信息存儲技術(shù)有望迎來從“二維平面”到“一維線”甚至“零維點”的跨越式革命。

在我們熟悉的磁鐵中，無數(shù)個微小磁針指向同一方向，從而產(chǎn)生磁性。類似的，鐵電材料內(nèi)部存在無數(shù)個“電學指南針”，它們自發(fā)指向同一極化方向，形成正負電荷分離的結(jié)構(gòu)。更神奇的是，這些“電針”的方向能用外部電場翻轉(zhuǎn)，就像開關(guān)一樣，因此鐵電材料被譽為“信息存儲的明星材料”。

在實際材料中，這些“電針”并不會全部整齊排列，而是分成一個個方向一致的小區(qū)域，稱為“鐵電疇”，疇與疇之間的邊界就是“疇壁”。你可以把整塊材料想象成一個魔方——如果所有小方塊顏色相同，就是單一疇；如果顏色不同，疇壁就是不同色塊之間的交界面。

長期以來，科學界認為，在三維晶體中疇壁自然是二維的“面”。但研究團隊通過創(chuàng)新材料設(shè)計與原子尺度觀測，在螢石結(jié)構(gòu)氧化鋯薄膜中，首次發(fā)現(xiàn)厚度與寬度均僅為埃米級別（約0.25納米）的一維疇壁，相當于人類頭發(fā)直徑的數(shù)十萬分之一。

這些一維疇壁被限制在極薄的極性晶格層內(nèi)，像一條條極其纖細的“電荷線”，其穩(wěn)定存在得益于氧離子和氧空位扮演的“原子膠水”角色。研究團隊甚至通過電子輻照產(chǎn)生的局部電場，實現(xiàn)對這類疇壁的人工寫入、移動與擦除，為將來實現(xiàn)可控電路功能邁出關(guān)鍵一步。

這項突破最令人興奮的，還是其應(yīng)用潛力——比如存儲變革。當前商用存儲器（如硬盤、U盤）的信息記錄單元是“面”，尺寸為數(shù)十納米；傳統(tǒng)鐵電疇壁存儲單元是“線”；而本次發(fā)現(xiàn)的一維疇壁，在投影視角下相當于一個“點”。從面到線再到點，這意味著存儲密度可實現(xiàn)指數(shù)級提升，預(yù)計比現(xiàn)有技術(shù)提高數(shù)百倍，理論存儲密度可達每平方厘米20TB，真正實現(xiàn)“郵票存萬影”。

據(jù)了解，該研究不僅填補了鐵電物理中疇壁維度的空白，更揭示了螢石結(jié)構(gòu)鐵電材料體系中極化翻轉(zhuǎn)與離子遷移之間的內(nèi)在耦合機制。這意味著，未來我們不僅能造出更小的存儲器，更有可能在一個物理器件中同時實現(xiàn)信息存儲與類腦計算，推動存算一體芯片的發(fā)展。正如團隊專家所說：“這項研究為開發(fā)具有極限密度的人工智能器件載體提供了科學基礎(chǔ)。”

（原載于《光明日報》?2026-01-24?04版）