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布朗大学破解超薄多铁材料“死层”难题 铁酸铋薄膜在埃米尺度保留磁电特性

2026-11-13 08:57 EST · AI 整理 · 453 字 · 约1分钟 · 阅读 …
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图片:AI生成

美国布朗大学工程团队周四在《每日科学》发布研究成果。团队在超薄铁酸铋(BiFeO3)材料制备上取得突破,把这种多铁材料厚度压到仅数埃米。薄膜完整保留了可切换的电极化与磁性行为。论文发表于《自然·材料》期刊。但材料减薄至芯片所需的原子级厚度会引发功能失效;晶格结构畸变与内建退极化场会摧毁特性,即学术界长期面临的“死层”问题,物理器件微缩化因此受阻。

由布朗大学学者卢卡斯·卡雷塔领衔的团队采用三层结构设计。研究人员将铁酸铋薄膜生长在晶格尺寸略小的钪酸镝(DyScO3)基底上,利用晶格失配产生的压应力稳固原子排列。团队还引入一层金属层,中和干扰电极化的内部电场。实验证明,该设计让铁酸铋在数埃米厚度下仍可实现电致翻转与磁性保持。

团队还在超薄薄膜中观测到交错磁(altermagnetic)特征与拓扑织构。传统铁磁体信号易读取但速度较慢,其杂散磁场会干扰相邻元件;反铁磁体运算更快且无杂散场,但信号极难读出。交错磁材料还能提供清晰的电学读出信号。

Superpower Daily周五报道提示,这仍属于基础材料学突破,不是成品AI芯片。研究团队已在Zenodo平台公开原始实验数据与分析软件,供学术界复现。要将该超薄多铁薄膜整合进商用存储器与逻辑电路,仍需完成器件级原型验证与半导体工艺兼容测试。

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