给二维铁电材料装上"方向盘"，一次翻转只要 1.7 皮秒

给二维铁电材料装上"方向盘"，一次翻转只要 1.7 皮秒

在信息存储的竞赛里，更小、更快、更省电始终是三重核心考题。滑移铁电体具备低能耗、快速响应和优异疲劳耐受的潜力，被视为候选之一。

但它有个尴尬。理想的单畴结构里，材料内部存在多条对称等价的滑移路径——原子层沿哪个方向走，完全不受控制。就像一辆方向盘可以随便乱转的车。

把导轨预先埋进材料里

宁波大学物理科学与技术学院研究员王宏伟联合宁波东方理工大学讲席教授李润伟、中国科学院宁波材料所研究员何日等人，给出了一个办法：以双层氮化硼为模型体系，沿单一方向施加单轴应变，打破三重旋转对称性。

方法上，团队先在超级计算机里搭了一间"数字实验室"：用直接从量子力学基本方程出发的第一性原理计算摸清材料和电子结构，再借助 AI 加持的深度势分子动力学模拟追踪原子在飞秒尺度上的一举一动。

结果是惊讶的：在水平推力引导下，原子层只能由 BA 堆垛滑向 AB 堆垛，实现单行道式的定向锁定极化翻转。

1.7 皮秒是什么概念

模拟结果显示，双层氮化硼完成一次极化翻转仅需约 1.7 皮秒——一万亿分之一秒的 1.7 倍。研究者的比方很形象：应变像导轨一样预先铺在材料里，原子层从此告别自由滑行，只能沿预设的单行道通行。

这套机制的意义在于把"定向控制"和"超快响应"两个此前需要权衡的指标，用同一个手段统一了起来，为超快、低功耗、高精度的非易失信息器件和纳米机电器件提供了一条技术路径。

从模拟到器件的距离

目前这项工作仍是理论与数值模拟层面的结果，尚未完成器件实验验证。王宏伟表示团队正在把该机制推向实验。第一性原理计算和深度势分子动力学能给出机制层面的判断，但真实的薄膜生长、界面接触、疲劳与保持特性，必须靠器件说话。

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