2026 年 2 月，华南师范大学华南先进光电子研究院先进材料研究所陈德杨研究员团队与合作者，在无铅铁电纳米电子学研究领域取得重要进展，相关成果以 “Engineering Pseudo-c/a Twin Boundaries in Super-Tetragonal BiFeO3 for Domain-Wall Nanoelectronics” 为题，发表于国际材料科学领域知名期刊《Advanced Functional Materials》（影响因子：19.0）。
一、从含铅到无铅的畴壁挑战
随着信息技术的飞速发展，开发速度更快、能耗更低的新型纳米电子器件已成为科学界与产业界共同关注的焦点。铁电材料中的 “畴壁”—— 一种原子尺度的微型界面 —— 因其独特的导电、耦合等物理性质，被视为构建未来纳米电子元件的理想 “基元”。
铅基铁电材料中的特殊 c/a 畴壁表现出了丰富的物理特性和应用前景，但铅的毒性限制了其大规模应用。如何在无铅铁电材料钛酸铋铁（BiFeO3）中构筑类似的畴壁结构，一直是该领域面临的重要挑战。
二、成功构筑无铅体系中的类 c/a 孪晶畴壁
陈德杨研究员、陈超副研究员团队联合中国科学院高能物理研究所、香港理工大学、南京大学等团队，创新性地在 BiFeO3 外延薄膜中成功构筑了 “类 c/a 孪晶畴壁”，将以往仅在含铅材料中存在的优异畴壁结构引入了无铅体系。
图片来源：研究团队供图（科学网）
三、研究中的关键仪器应用
1. 脉冲激光沉积：团队利用该设备在 LaAlO3 衬底上制备了 Ga 掺杂的 BiFeO3（BFGO）薄膜，通过调控沉积参数，实现了超四方相的稳定生长，为畴壁结构的构筑奠定了基础。
2. 倒易空间 mapping ：用于表征薄膜的晶体结构，确认了薄膜的 a 型单斜结构以及 c/a 比等关键参数，为畴壁结构的形成提供了结构依据。
3. 球差校正扫描透射电镜：通过该仪器的高分辨率成像，团队清晰观测到了人工构筑的类 c/a 孪晶畴壁的原子级结构，验证了畴壁的成功构筑。
图片来源：中国科学院金属研究所
4. 原子力显微镜（AFM）与压电力显微镜（PFM）：利用配备 PFM 模块的原子力显微镜，团队对样品的导电性以及局部机电耦合特性进行了表征，在纳米尺度上研究了畴壁的电荷传导以及极化行为，证实了畴壁的导电性和极化门控特性。
5. Keysight B1500A 半导体分析仪：该仪器用于测量薄膜的输运特性，实现了纳米尺度下畴壁运动与电学性能的关联测量，验证了该人工畴壁可实现极化门控的可切换导电性。
该人工畴壁展现出畴壁导电性和增强的挠曲电效应，并可实现极化门控的可切换导电性，具备作为新型非易失性存储元件的核心潜力，为设计下一代畴壁纳米电子器件奠定了坚实的基础。
该成果为无铅铁电材料在纳米电子器件中的应用开辟了新路径，有望推动下一代低能耗、高速度纳米电子存储器件的发展。
论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202531891
