華南師范大學華南先進光電子研究院教授高興森團隊聯合南京大學教授劉俊明等，提出了一種構筑高性能鐵電疇壁信息存儲器的新方法。相關研究近日發表于《先進材料》。
隨著人工智能和大數據等新興領域的發展，人們對高性能信息技術的需求也日益增長。然而，在當前器件持續微型化的趨勢下，傳統的信息載體和技術途徑在不久后將難以為繼，因而驅使著人們未雨綢繆，尋找新的信息載體以及數據處理方案。
近年來，人們開始考慮利用鐵電極化疇壁作為未來信息載體的方案。目前也報道了一些基于導電疇壁的信息存儲原型器件，然而在面向實際應用依然存在一些關鍵問題。例如，作為導電通道的疇壁難以實現確定性操控，導致器件往復讀寫性能不穩定。同時，疇壁的電導率也容易受到局部畸變（如扭曲）或缺陷的影響，進而損害器件穩定性和重復性。此外，疇壁器件的讀出電流也通常較小，難以滿足器件高速讀寫的需求。
因此，如何開發同時具有高穩定性、高重復性，以及大讀取電流的疇壁電子學器件成為當下亟待解決的問題。基于此，研究人員提出了一種通過設計復雜性拓撲疇結構用于提高疇壁存儲器性能的方案。
該方案通過設計同軸納米電極，在鐵酸鉍薄膜上誘導出一種含有高導電疇壁的中心型拓撲疇結構；進一步利用電場驅動兩種拓撲構型的往復切換，誘導其疇壁導電性產生巨大變化，實現了疇壁電導讀出“0”和“1”兩種拓撲態的功能，并藉此構筑電導讀出型的非易失性固態存儲器件。
由于拓撲結構中鐵彈性疇翻轉的保護作用，這種疇壁器件的穩定性得以顯著提高。該工作實現了兼具高穩定、高開關比、大讀出電流的疇壁存儲性能，尤其是實現億次(108)穩定讀寫功能，為開發高性能且可集成化的疇壁存儲器件提供了一種新途徑。
研究人員表示，鐵電疇壁是分割不同極化電疇的界面，可以看作一種二維拓撲缺陷，也是一種具備多種獨特功能的超細納米結構。由于在僅僅有幾個晶格寬度的疇壁處，其極化、電荷、和應變發生急劇變化，從而誘導產生與材料本征特性顯著不同的電學、磁學、光學新性能。這些超細的功能疇壁可以被移動、產生和擦除，被認為構筑未來納米電子器件的理想磚塊（或單元），也由此引發“疇壁電子學”的概念。尤其是可擦寫的高導電電荷型疇壁，已展現出在低功耗非易失存儲器、晶體管、神經元突觸等納米電子學器件應用的巨大潛力。