半纳米厚的二氧化锆为下一代节能电子设备研制奠定基础

美国科学家在最新一期《科学》杂志上撰文指出，他们研制出了迄今最薄的铁电材料——半纳米厚的二氧化锆。最新研究为下一代节能电子设备的设计和研制奠定了基础，也对新型二维材料的开发具有重要意义。

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二维铁电材料的艺术图

随着电子设备变得越来越小，为其供电的材料也需要变得越来越薄，因此，在开发下一代节能电子产品时，科学家们面临的关键挑战之一是找到在超薄尺寸下仍能保持特殊电子特性的材料。铁电材料提供了一种有希望的解决方案，其可帮助降低手机和电脑中超小型电子设备的功耗。

铁电材料是指在一定温度范围内具有自发极化，且极化方向能被外加电场改变的材料，有望应用于超低功率微电子领域。但传统铁电材料在厚度为几纳米左右时，会失去内部极化，这意味着其无法与目前的硅技术兼容。现在，美国加州大学伯克利分校科学家在硅上制造出迄今最薄铁电材料解决了上述问题。

在最新研究中，科学家在只有半纳米厚的超薄二氧化锆层内发现了稳定的铁电性。该团队直接在硅上生长这种材料，发现当二氧化锆（通常是一种非铁电材料）变得非常纤薄（约1—2纳米厚）时，就会产生铁电性，且在厚度接近极限——约半纳米时，铁电特性继续存在，这是科学家们迄今研制出的最薄的铁电材料。与此同时，他们还通过施加小电压，来回切换这种超薄材料内部电子的极化，展示了迄今最薄硅上工作内存，有望为节能电子产品提供巨大的前景。

研究第一作者、加州大学伯克利分校博士后研究员苏拉杰·奇埃马说：“这项工作朝着将铁电体集成到高规模微电子领域迈出了关键一步，也对设计新型二维材料具有重要意义。而且，将三维材料挤压到二维厚度极限，可提供一种有效的方法来解开各种材料内隐藏的现象，大大扩展下一代电子产品所用材料与硅技术兼容的空间。”