4 月 7 日消息，科學(xué)家成功捕捉到一種存儲(chǔ)材料在寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)的原子“開(kāi)關(guān)”過(guò)程，有望為開(kāi)發(fā)更小、更快、更節(jié)能的電子產(chǎn)品鋪平道路。相關(guān)研究成果已發(fā)表于《自然 · 通訊》。

這項(xiàng)研究由莫納什大學(xué)物理與天文學(xué)院的日本學(xué)術(shù)振興會(huì)（JSPS）博士后研究員大江耕介博士領(lǐng)導(dǎo)，研究合作方包括澳大利亞桂冠教授喬安娜 · 埃瑟里奇，以及來(lái)自日本精細(xì)陶瓷中心、京都大學(xué)和大阪大學(xué)的研究人員。

研究團(tuán)隊(duì)借助莫納什大學(xué)電子顯微鏡中心（MCEM）的先進(jìn)電子顯微鏡設(shè)備，捕捉到了被稱為“螢石型鐵電體”的潛在存儲(chǔ)材料內(nèi)部的原子級(jí)運(yùn)動(dòng)。這類材料有望克服當(dāng)前存儲(chǔ)器件在小型化和能效方面所面臨的技術(shù)極限。

在我們?nèi)粘Ｊ褂玫脑S多技術(shù)中 —— 例如醫(yī)療設(shè)備、可穿戴電子產(chǎn)品以及公共交通中使用的非接觸式 IC 卡 —— 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)往往是通過(guò)翻轉(zhuǎn)材料內(nèi)部的微小電學(xué)狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這項(xiàng)研究首次在單個(gè)原子層面上揭示了這些“開(kāi)關(guān)”究竟是如何翻轉(zhuǎn)的。

該團(tuán)隊(duì)采用了一種可實(shí)時(shí)追蹤原子運(yùn)動(dòng)的高靈敏度成像技術(shù)，從而捕捉到了發(fā)生在數(shù)分之一秒內(nèi)的變化。他們發(fā)現(xiàn)，開(kāi)關(guān)過(guò)程并非單步完成，而是經(jīng)過(guò)此前未知的中間原子結(jié)構(gòu)；同時(shí)，通過(guò)改變材料成分可以控制這一過(guò)程。

大江耕介博士表示：“利用最先進(jìn)的電子顯微鏡，我們首次能夠直接觀察存儲(chǔ)器件存儲(chǔ)信息所依賴的開(kāi)關(guān)過(guò)程中原子的運(yùn)動(dòng)。這為我們帶來(lái)了全新的理解層次 —— 我們不僅知道開(kāi)關(guān)發(fā)生了，更從原子尺度上知道了它究竟是如何發(fā)生的。令人興奮的是，我們現(xiàn)在能夠看到控制這一行為的路徑，從而為設(shè)計(jì)更快、更穩(wěn)定且能效更高的材料打開(kāi)了大門(mén)?！?/p>

同樣來(lái)自物理與天文學(xué)院、并擔(dān)任莫納什大學(xué)電子顯微鏡中心科學(xué)顧問(wèn)的埃瑟里奇教授解釋說(shuō)：“現(xiàn)代技術(shù)需要越來(lái)越小、能效越來(lái)越高的存儲(chǔ)器。這些材料令人振奮之處在于，即使在傳統(tǒng)材料失效的微小尺寸下，它們依然能夠正常工作。通過(guò)揭示原子在開(kāi)關(guān)過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)路徑，這項(xiàng)工作為工程化下一代存儲(chǔ)器件提供了原子尺度的路線圖?！?/p>

該發(fā)現(xiàn)為下一代鐵電材料提供了關(guān)鍵的設(shè)計(jì)思路，特別是不同元素如何影響原子運(yùn)動(dòng)和開(kāi)關(guān)行為。這為在原子級(jí)別上定制材料、提高耐用性和效率，以及加速先進(jìn)存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了新的可能性。