浙江大学合作再发Nature

畴壁纳米电子学被认为是非易失性存储器和逻辑技术的一种新范式，在这种技术中，畴壁而不是域作为有源元件。特别有趣的是铁电结构中的带电畴壁，它具有亚纳米厚度，并表现出非平凡的电子和输运特性，这对于各种纳电子学应用非常有用。确定性地创建和操作带电畴壁的能力是实现其在电子器件中的功能特性所必需的。

2023年1月18日，浙江大学田鹤教授、张泽院士、新加坡国立大学陈景升教授以及美国内布拉斯加大学林肯分校Evgeny Y. Tsymbal教授合作在Nature杂志在线发表题为“In-plane charged domain walls with memristive behaviour in a ferroelectric film”的研究论文，该研究报告了在几纳米厚的BiFeO3铁电薄膜中可控地创建和操纵平面内带电畴壁的策略。

另外，2023年1月11日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心合成生物学重点实验室张余研究团队和美国威斯康辛大学麦迪逊分校Robert Landick团队以及浙江大学冯钰团队合作在Nature杂志在线发表题为“Structural basis for intrinsic transcription termination”的研究论文，该研究捕获了细菌固有转录终止的中间状态冷冻电镜结构，揭示了细菌RNA聚合酶识别终止序列、停止转录、并解离RNA的分子机制（点击阅读）。

铁电性是指材料表现出自发的电极化，该极化可被外加电场转换，这使其成为各种技术应用的有用特性。就在二十年前，铁电性通常被认为是一种宏观现象，因此，铁电材料被纳米科学的繁荣边缘化。在此期间，该领域出现了非凡的转机。铁电体在纳米尺度下的新应用已被证明，将该领域的焦点转向低维几何。最近的发展进一步推动了限制，旨在确定性地控制纳米畴和亚纳米厚的畴壁，使在原子尺度上操纵铁电开关成为可能。通过设计所需的畴壁特性，新的发现表明了使用单个畴壁作为电子器件的可能性。

铁电畴壁是将具有不同极化方向的均匀极化畴分开的区域。畴壁表现出维数降低和不同于主材料的对称性，从而产生了在周围均匀极化畴中不存在的物理性质。例如，在BiFeO3(BFO) ErMnO3等铁电薄膜中发现了畴壁导电性以及畴壁的非常规磁性和光学性质。

畴壁可以是中性的，也可以是带电的。中性区壁面不携带净束缚电荷，即偏振的法向分量是连续的。相反，在带电畴壁中，由于偏振法向分量的不连续，束缚电荷出现在畴壁处。畴壁也可以是面外或面内的，这取决于它们是垂直于薄膜表面还是平行于薄膜表面。在具有面外电极化的铁电薄膜中，通常会出现电中性的面外畴壁，这使得畴壁能量密度和畴壁面积都很低。平面内带电畴壁在这种铁电薄膜中非常罕见，这是由于与极化电荷相关的大静电能以及不受薄膜厚度限制的大畴壁面积。尽管这样的域壁并不常见，但它们提供了平面外域壁所不提供的新功能。一个著名的例子是铁电隧道结(FTJ)，它利用超薄铁电势垒的可切换极化来控制隧道电导，其中面内畴壁产生量子限制，导致共振隧道效应和畴壁隧道电阻效应。

在这项研究中，研究人员报道了一种在几纳米厚的BiFeO3铁电薄膜中可控地生成和操纵面内带电畴壁的方法。通过在扫描透射电子显微镜中使用原位偏压技术，检测到一种非常规的逐层切换机制，其中铁电畴生长发生在平行于外加电场的方向上。

具有多重阻力状态的层间畴壁迁移（图源自Nature ）

进一步基于原子分辨电子能量损失谱、在线电子全息图的原位电荷映射和理论计算，研究人员证明了在带电畴壁积聚的氧空位是畴壁稳定和运动的原因。BiFeO3薄膜平面内畴壁位置的电压控制产生了多个非挥发性电阻状态，从而证明了作为几个单位单元厚的忆阻器的关键功能特性。

总的来说，这些结果促进了对铁电开关行为的更好理解，并为制造单位电池级器件提供了新的策略。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05503-5

转自：“iNature”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！