據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)7月9日（北京時(shí)間）報(bào)道，最近，美國(guó)能源部布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、勞倫斯?伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等利用電子全息攝影技術(shù)，拍下鐵電納米材料亞原子結(jié)構(gòu)，并揭示了它的性質(zhì)。研究人員指出，這是迄今拍下鐵電亞原子結(jié)構(gòu)最小尺度，有助于理解鐵電材料的性質(zhì)，擴(kuò)大其研發(fā)和應(yīng)用，研發(fā)新一代先進(jìn)電子設(shè)備。相關(guān)論文發(fā)表在7月8日的《自然?材料》雜志上。

      這種電子全息攝影術(shù)能以皮米（10的負(fù)12次方）精確度，拍下材料原子位移所產(chǎn)生的電場(chǎng)圖像。布魯克海文物理學(xué)家朱毅梅（音譯）說(shuō)：“這是我們第一次看到原子的確切位置，并把它和納米粒子的鐵電現(xiàn)象聯(lián)系起來(lái)。這種基礎(chǔ)突破不僅是技術(shù)上的里程碑，也為工程應(yīng)用帶來(lái)了可能。”

      鐵磁材料日常生活中隨處可見(jiàn)，這種材料本身有磁偶極距，指向北極或南極。這些偶極距自身趨向于排列整齊，由此產(chǎn)生了吸引和排斥的磁化作用。通過(guò)外加磁場(chǎng)翻轉(zhuǎn)磁化作用，就能操控這些材料。

      鐵電材料與鐵磁材料同族，它們?cè)诜肿映叨纫灿信紭O距，但是正負(fù)電極而不是磁極，通過(guò)外加電場(chǎng)也能翻轉(zhuǎn)這種電極。這種關(guān)鍵特征來(lái)自材料內(nèi)部亞原子層面的不對(duì)稱(chēng)和排列現(xiàn)象。在新研究中，研究人員首次通過(guò)透射電子顯微鏡將這種現(xiàn)象拍攝下來(lái)。

      目前的磁性存儲(chǔ)設(shè)備，如大部分計(jì)算機(jī)中的硬盤(pán)，是通過(guò)翻轉(zhuǎn)內(nèi)部磁矩（對(duì)應(yīng)于計(jì)算機(jī)二進(jìn)制代碼1或0），將信息“寫(xiě)入”鐵磁材料。而鐵電存儲(chǔ)是通過(guò)電場(chǎng)將材料的兩種電極狀態(tài)結(jié)合起來(lái)，轉(zhuǎn)化為代碼，在計(jì)算機(jī)上寫(xiě)入和讀出數(shù)據(jù)信息。而最終在效率上，鐵電材料有望勝過(guò)鐵磁材料。

      鐵電材料將信息存儲(chǔ)在更小的空間，幾乎是從微米下降到納米。在納米級(jí)別，每個(gè)粒子都是一個(gè)比特。但要擴(kuò)展到應(yīng)用設(shè)備上，必須知道怎樣壓縮它們才不會(huì)犧牲內(nèi)部電極。理論上這是非常困難的，研究人員解釋說(shuō)，實(shí)驗(yàn)所演示的電子全息攝影術(shù)，能確定各種情況下的所需參數(shù)。

      該研究揭示了單個(gè)鐵電粒子能保持電極的穩(wěn)定性，這意味著每個(gè)納米粒子能作為一個(gè)數(shù)據(jù)比特。但由于它們存在邊緣場(chǎng)，還需要一些活動(dòng)空間（約5個(gè)納米）才能有效操作。否則可能在擴(kuò)展到計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)中時(shí)，不能保持代碼完整性而破壞信息。布魯克海文物理學(xué)家韓永建（音譯）表示，鐵電材料能提高存儲(chǔ)密度，每平方英寸鐵電材料制成的電子設(shè)備存儲(chǔ)的信息達(dá)到兆兆字節(jié)，新技術(shù)讓我們離設(shè)計(jì)制造這種設(shè)備更進(jìn)一步。

    總編輯圈點(diǎn)

      一塊指甲大小的存儲(chǔ)器容量能有多大？在人們不斷提升電子設(shè)備便攜性的今天，這也許是時(shí)時(shí)縈繞在無(wú)數(shù)工程師耳畔的問(wèn)題。而鐵電材料體積小、存儲(chǔ)密度大、可靠性高的特點(diǎn)，使其近年來(lái)受到科學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界的熱捧。美國(guó)科學(xué)家的新發(fā)現(xiàn)，從科學(xué)層面揭示了一定容量的鐵電存儲(chǔ)器所能具備的最小體積。接下來(lái)的，就是讓工程師們手中的存儲(chǔ)器無(wú)限接近這個(gè)極限。工程應(yīng)用的最初發(fā)端是科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，這再一次證明了科學(xué)研究對(duì)技術(shù)突破、工業(yè)發(fā)展的巨大貢獻(xiàn)。