想象一下这样一个未来：你的手机、电脑甚至是一个小小的可穿戴设备都能像人脑一样思考和学习——更快、更智能地处理信息，使用更少的能源。

弗林德斯大学和悉尼新南威尔士大学开发的一种突破性方法通过电“扭曲”单个纳米级铁电畴壁，使这一愿景更接近现实。

畴壁几乎是看不见的，非常微小（1-10纳米）的边界自然产生，甚至可以在称为铁电体的特殊绝缘晶体中注入或消除。这些晶体内部的畴壁将具有不同束缚电荷方向的区域分开。

更重要的是，这些微小的边界尽管被嵌入绝缘晶体中，但可以作为调节电子流的通道，因此能够像人脑一样存储和处理信息，弗林德斯大学物理学高级讲师Pankaj Sharma博士说，他是美国化学学会（ACS）一篇新文章的主要作者和通讯作者。

为什么这很重要？研究人员表示，与现有的数字计算机相比，模仿人类大脑的设备可以更快地处理大量信息，同时消耗的能量要少得多，特别是在图像和语音识别等任务方面。

Sharma博士说：“有了这种新设计，这些铁电畴壁在晶体铁电材料中准备为新一代可适应存储设备提供动力，使我们更接近更快、更环保、更智能的电子产品。”“我们的研究结果重申了铁电畴壁在基于集成铁电器件的脑启发神经形态和内存计算应用中的前景。”

“在我们的研究中，一个单一的铁电畴壁被可控地注入并设计成模拟忆阻器的行为。通过施加电场，我们仔细地操纵这面墙的形状和位置，使其弯曲和翘曲。”

“这种受控的运动导致了墙壁电子特性的变化，从而释放了其存储和处理不同级别数据的能力。”

这项新研究揭示了跨越两个终端设备（见下图）的铁电畴壁是如何发挥“忆阻器”的作用的——忆阻器可以存储不同水平的信息，并记住其电活动的历史——类似于人脑中的突触。

合著者新南威尔士大学教授简·塞德尔说：“关键在于墙的表面固定（它被固定的地方）和它在材料内部扭曲或扭曲更深的自由之间的相互作用。

他说：“这些受控的扭曲创造了电子状态的光谱，实现了多层次的数据存储，并且消除了重复注入或擦除壁的需要，使设备更加稳定和可靠。”

利用先进的显微镜和理论相场建模，本研究揭示了这些翘曲引起的畴壁电子跃迁背后的物理现象。

合著者新南威尔士大学教授Valanoor Nagarajan补充说：“这些新的高度可复制和节能的领域墙设备可能会彻底改变神经形态计算，这是一种受大脑启发的系统，有望重塑人工智能和数据处理。”

作者：弗林德斯大学

链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2025/01/250109130028.htm

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