铁电畴壁往往展现出迥异于畴区的物理性质。基于此，剑桥大学J. F. Scott和加州大学R. Ramesh等人在《现代物理评论》（Review of Modern Physics）中提出 “畴壁即器件”（the wall is the device）。畴壁纳米电子器件已经在非易失存储和人工智能等领域展现出潜在应用前景。在三维铁电晶体中，畴壁通常被认为是具有纳米级厚度的二维结构，如何获得具有极限尺寸的畴壁进而提高器件密度是该领域的关键科学问题。

　　萤石结构铁电体的出现为解决这个问题带来了新机遇。它们的三维晶体结构是由二维极性层和非极性层交替排列组成，铁电极化被限制在二维极性层中。声子平带理论表明非极性层的存在解耦了相邻极性层的相互作用，各极性层可独立发生极性切换而保持稳定。据此推断，在这些二维极性层中可能存在受维度限制且可独立运动的带电畴壁，然而相关研究极具挑战尚属空白。

　　近期，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心杨国桢院士、金奎娟院士、葛琛研究员课题组与张庆华副研究员等合作者通过激光法创制了自支撑萤石结构铁电薄膜，实验观测了氧化锆铁电体中的头对头和尾对尾型一维带电畴壁新物态，揭示了这些畴壁亚单胞级的极限尺寸（~ 2.55 Å × 2.71 Å）以及独特的自平衡氧占据的电荷屏蔽机制，实现了局部电场对一维带电畴壁的人工操控，阐明了萤石铁电体中极化切换与氧离子传输之间的内在耦合关系。该工作打破了人们对于三维晶体中畴壁为本征二维结构的传统认知，为开发具有极限密度的人工智能纳电子器件提供了科学基础。

　　相关研究成果以“Observation of one-dimensional charged domain walls in ferroelectric ZrO₂”为题发表于《Science》。物理所博士后/现鲁东大学副教授钟海和物理所博士生王诗雨为论文的共同第一作者，物理所张庆华副研究员、金奎娟院士和葛琛研究员为共同通讯作者，合作者还包括清华大学谷林教授、物理所金士锋研究员等。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会、山东省自然科学基金和山东省高等学校青创团队等项目的资助。

　文章链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.aeb7280

图. 铁电ZrO₂中的一维带电畴壁。铁电ZrO₂结构的卡通示意图以及限制在二维极性层内的“头对头”和“尾对尾”型带电畴壁的原子模型。