电子全息摄影术能以最小尺度揭示铁电先进电子设备材料性质(图)

据物理学家组织网7月9日（北京时间）报道，近日原子结构与性质，美国能源部布鲁克海文国家实验室和劳伦斯伯克利国家实验室利用电子全息技术对铁电纳米材料的亚表面进行了拍摄。原子结构并揭示其性质。研究人员指出，这是迄今为止拍摄的最小尺度的铁电亚原子结构，这将有助于了解铁电材料的特性，扩大其研发和应用，开发新一代先进电子器件。一篇相关论文于 7 月 8 日发表在《自然材料》杂志上。

这种电子全息术可以以皮米（10 - 12）精度拍摄由材料原子位移产生的电场的照片。布鲁克海文物理学家朱一梅说：“这是我们第一次看到原子的确切位置，并将其与纳米粒子的铁电现象联系起来。这一根本性突破不仅是技术上的里程碑，也为工程应用带来了可能性。”

铁磁材料在日常生活中随处可见。这种材料本身具有磁偶极矩，它指向北极或南极。这些偶极矩本身倾向于排列，产生吸引和排斥的磁化。这些材料可以通过用施加的磁场翻转磁化来操纵。

铁电材料原子结构与性质，同一系列的铁磁材料，在分子尺度上也具有偶极矩，但除了磁极之外，正极和负极也可以通过施加的电场翻转。这一关键特征源于材料内亚原子水平的不对称和对齐现象。在这项新研究中，研究人员首次用透射电子显微镜拍摄了这种现象。

当前的磁存储设备，例如大多数计算机中的硬盘驱动器，通过翻转内部磁矩（对应于计算机二进制代码 1 或 0））将信息“写入”到铁磁材料中。电场结合了材料的两种电极状态，并将其转换为代码，以便在计算机上写入和读取数据。最终，铁电材料有望在效率方面胜过铁磁材料。

铁电材料将信息存储在更小的空间中，几乎从微米到纳米。在纳米尺度上，每个粒子都有一点。但是要扩展到应用程序，您必须知道如何在不牺牲内部电极的情况下压缩它们。研究人员解释说，这在理论上非常困难，实验证明了电子全息术可以确定各种情况下所需的参数。

研究表明，单个铁电粒子可使电极保持稳定，这意味着每个纳米粒子都可以充当一点数据。但由于它们的边缘场，它们还需要一些活动空间（约 5 纳米）才能有效运行。否则，当扩展到计算机存储时，信息可能会在不保持代码完整性的情况下被破坏。布鲁克海文物理学家韩永健（音译）表示，铁电材料可以提高存储密度，而由铁电材料制成的电子设备每平方英寸可以存储 TB 级的信息。新技术使我们能够设计和制造此类设备。更进一步。（记者常丽君）

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一块内存有多大，有指甲那么大？在人们不断提高电子设备便携性的今天，这可能是一个一直萦绕在无数工程师耳中的问题。近年来，铁电材料体积小、存储密度高、可靠性高等特点，使其在科学界和工业界广受欢迎。美国科学家的一项新发现从科学的角度揭示了一定容量的铁电存储器可以具有的最小尺寸。下一步就是让工程师手中的内存无限接近这个极限。工程应用的原始起源是科学实验室，再次证明了科学研究对技术突破和产业发展的巨大贡献。