近日，大湾区显微科学与技术研究中心马秀良团队将单一的铁电涡旋阵列集成到了铁电场效应晶体管中，实现了铁电涡旋阵列对晶体管存储特性的调控，相关成果于2026年5月2日发表于Advanced Materials杂志上。

传统的硅基电子器件在功率效率、集成密度和功能可扩展性方面已经接近物理极限。为了突破这些限制，研究逐渐将重点转向新型量子材料和控制范式。具有稳健极化纹理和内在拓扑保护特性的铁电拓扑结构，成为了下一代非易失性存储器有前景的候选者。特别是铁电材料中的涡旋结构，具有优异的稳定性，并且能够通过外加电场动态重构，从而在单一设备框架内实现多状态存储和逻辑功能。

迄今为止，具有极性拓扑结构的薄膜大多受限于其生长所依赖的衬底。这种由衬底稳定的极性拓扑结构限制了其在存储器件中的集成，因此其在数据存储中的物理行为仍不明确。随着可溶性Sr₃Al₂O₆层的合成，SrTiO₃/PbTiO₃涡旋超晶格在电子器件中的集成将成为现实。在此，我们展示了一种基于含有纯极性涡旋管阵列的铁电场效应晶体管存储器件(图1-3)。原位加热实验表明，自由悬浮超晶格中的涡旋管阵列经历了一种更加直接且可逆的相变过程，从涡旋管演变为单畴结构，最终到铁电性的消失。通过去除水溶性Sr₃Al₂O₆层获得的柔性涡旋管可以在不发生断裂的情况下弯曲至90°，展现出良好的结构稳定性(图4,5)。该器件表现出宽且稳定的顺时针回滞，电压范围为-60至60 V，温度范围从室温至450 K。得益于稳定且坚固的铁电涡旋偶极矩阵列，该铁电场效应晶体管实现了3600秒的存储保持时间以及10⁴次的循环耐久性。

松山湖材料实验室宫风辉(加州大学尔湾分校博士后)、唐磊、陈雨亭为论文的共同第一作者，梁齐杰研究组完成了铁电场效应晶体管的器件搭建，浙江大学洪子健研究组完成了相场计算部分。

该研究得到了国家自然科学基金、博新计划、博后面上等多个项目的共同资助和支持。

图1. 制备只含有单一涡旋阵列的无支撑的SrTiO₃/PbTiO₃超晶格

图2. 铁电场效应晶体管的存储特性

图3. 涡旋结构在场效应机制中扮演的角色

图4. 铁电场效应晶体管的温度依赖性研究

图5. 无支撑涡旋阵列的硅基集成

文章链接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202522292

撰稿：大湾区显微科学与技术研究中心