川观新闻记者 文露敏

中国科学家再次走在了世界前列。日前，电子科技大学光电科学与工程学院刘富才教授团队联合复旦大学、中国科学院宁波材料技术与工程研究所在国际知名学术期刊《Science》（下称《科学》）上发表最新研究成果，开发出“耐疲劳铁电材料”，在全球范围内率先攻克困扰领域内70多年的铁电材料疲劳问题。

研究在线发表于《科学》。受访者供图

2023年7月，习近平总书记来川视察时指出，四川要发挥高校和科研机构众多、创新人才集聚的优势和产业体系较为完善、产业基础雄厚的优势，在科技创新和科技成果转化上同时发力。要完善科技创新体系，积极对接国家战略科技力量和资源，优化完善创新资源布局，努力攻克一批关键核心技术，着力打造西部地区创新高地。近年来，四川高质量基础研究成果接连涌现，培育发展新质生产力动能强劲。

“耐疲劳铁电材料”研究突破是四川不断向“新”，夯实科技创新基础的缩影。

刘富才团队。受访者供图

率先攻克领域内难题

与国际顶尖团队“同台竞技”

走进电子科技大学纳米光电子学实验室，首先映入眼帘的是一个大手套箱。箱身两边，整齐排列着两排黑色长手套。箱里，充斥着惰性气体，为器件的组装和转移提供了良好的惰性环境。

登上《科学》的研究成果，就诞生在这里。基于二维滑移铁电机制，四川科学家在国际上率先为解决铁电材料的疲劳问题提供了新策略。

铁电材料是指具有铁电效应的一类材料，并且具有独特的电、光、力、声和热学等性能，广泛应用于各种功能器件。刘富才举例：“包括计算机的存储设备、服务于人工智能的类脑器件等。”

之所以成为存算一体、类脑智能等场景的“香饽饽”，是因为铁电材料具备独特的“内极化场”，可通过外部电场等刺激调控来改变，发生极化翻转，正好能够对应计算和存储“0”“1”乃至“0”与“1”之间的各种中间态。

然而，在电场下，铁电材料内部的极化翻转就如同涌上海岸的“海浪”，裹挟着的“石子”和“沙子”等缺陷会逐渐移动并聚集，久而久之就会聚集成缺陷团簇，最终导致铁电材料性能衰减，引发器件失效故障。刘富才以具体应用举例：“这会限制存储芯片读写的稳健性，使用寿命也会相应缩减。”

上世纪50年代以来，铁电材料的疲劳问题就是科学界关注的焦点。此次，刘富才和合作者提出的“中国方案”，核心是一种二维滑移结构。就像两张叠起来的“纸”，厚度只有两个原子层，但其中的空隙正好限制了缺陷的移动。

以此为基础制备的存储芯片，理论上可以实现无限次数的擦写。由于没有读写次数限制，能够大幅提升芯片器件的可靠性、耐久性，同时有效降低成本，有望推动铁电存储及类脑智能器件方面应用，助力培育发展新质生产力。

文章刊发时是一个凌晨。刘富才惊讶地发现，美国的一支顶级科研团队也针对同样的问题发表了类似的解决方案，只是采用了不同的体系。

“我们的投稿时间比他们早了两个月。”在刘富才看来，这充分说明，中国具备与国际顶级科研团队“同台竞技”的实力和底气。

日复一日的“拓荒”

对“偶然”的创新思考带来的“必然”突破

“成果的取得，归功于对科学锲而不舍地求真。”刘富才提到一次“偶然”——2021年10月，他发现，层状材料层与层之间会产生整体滑移，“当时的想法是，滑移产生的机械摩擦，可能带来更大的不稳定性，我们决定用实验来验证。”

出乎意料的是，实验得出完全相反的结果。从第一次电场翻转极化循环到数百万次循环，电滞回线基本重合，铁电极化并没有发生衰减。这也意味着，他们给出了解决铁电材料疲劳问题的理想方案。

成果固然可喜，但刘富才清醒地认识到，科学研究单凭“偶然”是行不通的：“这是一个慢慢积累、发现的过程。就像是‘拓荒’，不知道什么时候能收获。”

2012年，刘富才叩开“低维铁电材料”的大门，在铁电元件的小型化、集成化及如何突破尺寸效应、表面效应制约等方面不断探究。“求新”是刘富才对待科研的原则，他坚持从另一个角度来看待传统问题，不断提出更好的解决方案。

凝练成几页纸的成果，发表背后是近30人的团队，两年多时间，在实验室里一次次地优化工艺、进行试验，反反复复论证、修改。

值得一提的是，在合作者的支持下，本次研究还依靠AI模拟大规模数十万原子体系在循环电场下的运动，计算出预测结果，最终论证了相关机制。

该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、四川省科技计划等项目的大力支持。

“‘耐疲劳铁电材料’可应用于高性能存算一体器件和芯片，也为类脑智能架构芯片的研制提供了理想材料体系。”大唐恩智浦半导体首席执行官刘涛对新成果感到振奋。他说，当下火热的人工智能，正需要存算一体技术突破算力瓶颈，“耐疲劳铁电材料”可以作为“神助攻”，提升服务器的存储量级，非常期待这项科研成果尽快实现产业化应用。

“下一步，我们要面向应用，让成果加快从实验室走向生产线。”刘富才和团队成员表示。

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