近日，我校华南先进光电子研究院先进材料研究所高兴森团队在开发新型拓扑电子学器件方面取得重要进展，提出了一种构筑高性能铁电畴壁信息存储器的新方法。研究成果“Nonvolatile ferroelectric domain wall memory embedded in complex topological domain structure”发表在SCI影响因子30.8的材料顶级期刊《Advanced Materials》(https://doi.org/10.1002/adma.202107711)。我校高兴森教授、樊贞研究员、青年英才田国为共同通讯作者，我校青年拔尖侯志鹏及陈德杨副研究员，和南京大学刘俊明教授作为主要作者，高兴森指导的博士生杨文达为第一作者，我校为第一完成单位。
随着人工智能和大数据等新兴领域的发展，人们对高性能信息技术的需求也日益增长。然而，在当前器件持续微型化的趋势下，传统的信息载体和技术途径在不久后将难以为继，因而驱使着人们未雨绸缪，寻找新的信息载体以及数据处理方案。近年来，利用体铁电极化畴壁作为新兴信息载体的研究引起了众多关注。因为在铁电畴壁处，其极化、电荷、和应变在几个晶格宽度发生急剧变化，从而诱导产生与材料本征特性显著不同的电学、磁学、光学新性能。这些超细的功能畴壁可以被移动、产生和擦除，被认为构筑未来纳米电子器件的理想砖块(或单元)，也由此引发“畴壁电子学”的概念。尤其是可擦写的高导电电荷型畴壁(CDWs)，已展现出在低能耗非易失存储器、晶体管、神经元突触等纳米电子学器件应用的巨大潜力。
然而，目前所报道的基于电荷型畴壁的原型器件在面向实际应用方面依然存在一些关键问题。例如作为导电通道的畴壁难以实现确定性操控，导致器件往复读写性能不稳定。同时，畴壁的电导率也容易受到局部畸变(如扭曲)或缺陷的影响，进而损害器件稳定性和重复性。此外，畴壁器件的读出电流也通常较小，难以满足器件高速读写的需求。因此，如何开发同时具有高稳定性、高重复性，以及大读取电流的导电畴壁存储器成为当下亟待解决的问题。
近日，高兴森团队提出了一种通过设计复杂性拓扑畴结构用于提高畴壁存储器性能的方案。通过设计同轴纳米电极，在铁酸铋薄膜上诱导出一种含有高导电畴壁的中心型拓扑畴结构；进一步利用电场驱动两种拓扑构型的往复切换，诱导其畴壁导电性产生巨大变化，实现了畴壁电导读出“0”和‘1“两种拓扑态的功能，并藉此构筑电导读出型的非易失性固态存储器件。由于拓扑结构中铁弹性畴翻转的保护作用，这种畴壁器件的稳定性得到显著提高。该工作实现了兼具高稳定、高开关比、大读出电流的畴壁存储性能，尤其是实现亿次(108)稳定擦写功能，为开发高性能且可集成化的畴壁存储器件提供了一种新途径。
近年来，高兴森教授团队围绕铁性畴拓扑电子学研究做出一系列成果，以我校为第一完成单位在Nature Communications (2篇)、Science Advances, Advanced Materials、Advanced Functional Materials、National Science Review、ACS Nano、Nano Letters等国际著名期刊发表多篇系列论文。
论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202107711
作者/通讯员:高兴森 | 来源:华南先进光电子研究院 | 编辑:杨柳青
