鐵電材料是一種常見的功能材料,因其晶體正負電荷中心不重合,產生電偶極矩,從而具有自發電極化的性質,并能夠被外場所調控。然而,以商用最廣的鋯鈦酸鉛(PZT)為代表的傳統鐵電材料在使用過程中會發生鐵電疲勞。
在全球范圍內,鐵電疲勞失效是各類電子設備發生故障的主要原因之一。尤其是近年來, 在航空航天、深海探測等重大技術裝備領域,利用鐵電材料制備的各類器件常被用于在高溫高壓、高頻震動、高強磁場、高強輻射等復雜環境下執行存儲、傳感、驅動、能量轉換等關鍵任務,鐵電器件在外場的反復加載下會逐漸發生疲勞失效,因此對鐵電材料的抗疲勞特性進行優化和設計,是保障設備可靠性的基礎。
為解決鐵電材料疲勞之痛,中國科學家成功創制了一種無疲勞鐵電材料,有望實現存儲器無限次數擦寫。該項研究由中國科學院寧波材料技術與工程研究所柔性磁電功能材料與器件團隊聯合電子科技大學、復旦大學相關團隊聯合創制。
據“中國科學院寧波材料所”消息,研究團隊基于滑移鐵電機制,制備出了無疲勞二維層狀滑移鐵電材料。通過理論計算發現,相比于常規鐵電材料,滑移鐵電通過層間滑移實現極化翻轉所需電場較小,如此小的電場不足以使帶電缺陷移動。并且由于二維材料層狀結構,缺陷難以跨越層間進行移動,因此缺陷不會聚集,也不會產生鐵電疲勞。
以存儲器為例,使用新型二維滑移鐵電材料制備的鐵電存儲器無讀寫次數的限制。因此對于深海探測或航空航天重大裝備領域而言,無疲勞的新型二維層狀滑移鐵電材料有望極大提升設備可靠性,降低維護成本。
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