在信息爆炸时代,传统存储技术正面临物理极限的挑战。
当前主流闪存设备的存储密度约为每平方厘米0.5TB,而全球数据总量预计在2025年将突破175ZB(1ZB=1万亿GB)。
面对这一瓶颈,中国科学院物理研究所联合团队历时五年攻关,通过创新性采用激光法制备技术,在萤石结构铁电材料中首次实现了一维带电畴壁的稳定构建与原子级操控。
铁电材料因其独特的自发极化特性,被视为突破存储极限的关键材料。
研究团队负责人解释,传统铁电畴调控多局限于三维结构,而此次发现的"一维带电畴壁"新物态,相当于在材料内部构建出原子级宽度的"数据通道"。
实验数据显示,利用该技术可在邮票大小的面积上存储1万部高清电影,较现有技术提升两个数量级。
这一突破源于基础研究的长期积累。
自2018年起,团队便针对萤石结构铁电性消失的"尺寸效应"难题展开研究。
通过维度限制设计思路,创新性地在三维晶体中诱导出一维导电通道,不仅解决了传统铁电薄膜易失稳的缺陷,更首次实现了畴壁导电态的精准控制。
该成果被评审专家评价为"打开了铁电物理研究的新维度"。
技术突破带来的产业变革值得期待。
据测算,若该技术实现产业化,单个数据中心存储容量可缩减至现有规模的1/100,同时能耗降低约70%。
更为重要的是,原子级可控的畴壁结构为开发神经形态计算芯片提供了新路径,或将推动存算一体设备的研发进程。
目前,团队已与国内头部企业启动应用转化合作,预计3-5年内完成原理验证。
这项重大突破表明,在关键科技领域的自主创新中,我国科研团队正在实现从跟跑到并跑乃至领跑的转变。
从萤石结构铁电材料的发现到一维带电畴壁的调控,从基础理论研究到应用前景展望,研究团队的工作充分体现了基础科学研究对产业发展的深刻推动作用。
随着后续研究的深入和技术的完善,这一成果有望在不远的将来转化为实际产品,为信息存储、人工智能等战略性产业的发展注入新的动力。