新视角 IT科技 大幅提升设备可靠性 我国科学家研制出无疲劳铁电材料

大幅提升设备可靠性 我国科学家研制出无疲劳铁电材料

洪恒飞 高晓静 科技日报记者 江耘

6月7日,记者从中国科学院宁波材料技术与工程研究所获悉,该所柔性磁电功能材料与器件团队,联合电子科技大学与复旦大学的科研人员,创制了一种无疲劳的铁电材料。这一创新基于二维滑移铁电机制,为解决铁电材料的疲劳问题提供了全新途径。相关论文当日发表于国际学术杂志《科学》。

基于双层二硫化钼滑移铁电材料制备的场效应晶体管器件。 科研人员供图

铁电材料是一种常见的功能材料。小到打火机、麦克风、耳机、存储器等,大到驱动器、能量转换器、滤波器、制动器、减震器等,都离不开铁电材料。

铁电材料的特点,是其晶体中正负电荷中心不重合,产生电偶极矩,具有自发电极化的性质,并能够被外场所调控。但传统铁电材料会产生疲劳,即随着极化翻转次数的增加,铁电材料极化会减小而导致其性能衰减,最终导致器件失效、故障。

对铁电材料的抗疲劳特性进行优化和设计,是保障器件可靠性的基础。此次研究中,科研人员通过理论计算预言了滑移铁电具有抗疲劳特性,制备出无疲劳的二维层状滑移铁电材料。随后,他们通过AI辅助的原子模拟,阐明了该机制实现无铁电疲劳的原因。联合团队以双层MoS2二维材料为代表,通过化学气相输送法制备了双层MoS2铁电器件。电学曲线测量表明,在400万次循环电场翻转极化以后,该器件的铁电极化并没有发生任何衰减,抗疲劳性能明显优于传统离子型铁电材料。

中国科学院宁波材料所柔性磁电功能材料与器件团队何日副研究员介绍,以存储器为例,使用传统离子型铁电材料,例如锆钛酸铅PZT的存储器一般可读写几万次,而使用新型二维层状滑移铁电材料的存储器基本无读写次数限制。如果应用于深海探测或航空航天等重大装备,无疲劳的新型二维层状滑移铁电材料,可极大提升设备可靠性、降低维护成本。

(来源:中国科技网)

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