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布朗大學破解超薄多鐵材料“死層”難題 鐵酸鉍薄膜在埃米尺度保留磁電特性

2026-11-13 08:57 EST · AI 整理 · 453 字 · 約1分鐘 · 閱讀 …
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圖片:AI生成

美國布朗大學工程團隊週四在《每日科學》發佈研究成果。團隊在超薄鐵酸鉍(BiFeO3)材料製備上取得突破,把這種多鐵材料厚度壓到僅數埃米。薄膜完整保留了可切換的電極化與磁性行爲。論文發表於《自然·材料》期刊。但材料減薄至芯片所需的原子級厚度會引發功能失效;晶格結構畸變與內建退極化場會摧毀特性,即學術界長期面臨的“死層”問題,物理器件微縮化因此受阻。

由布朗大學學者盧卡斯·卡雷塔領銜的團隊採用三層結構設計。研究人員將鐵酸鉍薄膜生長在晶格尺寸略小的鈧酸鏑(DyScO3)基底上,利用晶格失配產生的壓應力穩固原子排列。團隊還引入一層金屬層,中和干擾電極化的內部電場。實驗證明,該設計讓鐵酸鉍在數埃米厚度下仍可實現電致翻轉與磁性保持。

團隊還在超薄薄膜中觀測到交錯磁(altermagnetic)特徵與拓撲織構。傳統鐵磁體信號易讀取但速度較慢,其雜散磁場會干擾相鄰元件;反鐵磁體運算更快且無雜散場,但信號極難讀出。交錯磁材料還能提供清晰的電學讀出信號。

Superpower Daily週五報道提示,這仍屬於基礎材料學突破,不是成品AI芯片。研究團隊已在Zenodo平臺公開原始實驗數據與分析軟件,供學術界復現。要將該超薄多鐵薄膜整合進商用存儲器與邏輯電路,仍需完成器件級原型驗證與半導體工藝兼容測試。

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