超精细控制：研究人员在原子尺度上发现铁电性

伯克利实验室的Molecular Foundry和Advanced Light Source带来的新发现可能帮助控制超薄电子设备的超薄材料。

伯克利实验室和加州大学伯克利分校的研究人员在硅上生长了一种新型的铁电体-掺杂的氧化铪，厚1.8纳米。超薄材料不仅表现出铁电性，而且实际上比厚几纳米的材料更强。（图片来源：Salahuddin等/伯克利实验室）

由伯克利实验室材料科学系科学家，加州大学伯克利分校电气工程和计算机科学教授Sayeef Salahuddin带领的一组研究人员已经设法在硅上生长了一种超薄材料，该材料具有独特的电学特性，称为铁电性。他们的研究成果发表在《自然》杂志上。（文章链接：http://www.nature.com/articles/s41586-020-2208-x）

铁电是指一类材料，它不仅可以实现自发极化，而且在暴露于外部电场时还可以反转极化方向，这对于电子学领域具有广阔的应用前景。

尽管研究人员之前已经在超薄材料中稳定了铁电性，但过去的研究发现，在厚度小于3纳米的传统铁电性材料中，铁电性会降低。

伯克利实验室研究团队在本研究中取得的突破性进展表明，铁电效应可以在仅1纳米厚的材料中增强。因此，这种材料被设计成逻辑存储或转换设备时，就可以用较少的能量有效地控制最小的设备。

这一发现可能导致更先进的电池和传感器的发明。但是这项工作“尤其与下一代低功耗微电子相关，” 成果共同作者，Molecular Foundry的科学家Jim Ciston表示（Jim Ciston负责了这项成果中的电子显微镜部分的研究）。

 超薄HZO薄膜的TEM厚度验证

该材料的结构特征在伯克利实验室Molecular Foundry通过使用透射电子显微镜得到了证实。

在伯克利实验室的Advanced Light Source，研究人员采用了先进的X射线吸收光谱法，X射线线性二向色性和光发射电子显微镜技术，探索了材料的铁电结构和电子起源。

加州大学伯克利分校电子工程和计算机科学副教授Sayeef Salahuddin(左)，NCEM科学家Jim Ciston（右）

在2019年，Jim Ciston和其他314名研究人员获得了著名的“总统科学家和工程师早期职业奖”，该奖项为他的这项研究工作提供了部分资助。