科学家首次观测到存储材料中原子的“切换”行为

科技日报消息，澳大利亚莫纳什大学与日本京都大学等科研机构携手，首次成功观察到存储材料在写入数据时的原子“开关”变化。这项成果有望推动更加小巧、高速和低能耗电子产品的开发，并已刊登在最新一期《自然·通讯》杂志上。

研究人员依托莫纳什电子显微镜中心的先进仪器，对萤石结构铁电材料进行了详细分析。作为下一代存储设备的候选材料，这一类铁电体有望解决目前体积缩小和效率提升上的难题，扩展其应用领域。

在我们的生活中，智能手机、医疗仪器和非接触式IC卡等设备，都通过存储材料将数据转换成数十亿个二进制数字。原子在材料内部的具体位置充当着类似“开关”的角色，仅需移动极微小的纳米尺度距离，就能完成数据bit的切换。

此前，科学界一直难以直接捕捉到这种快速的原子转变。此次，通过高性能电子显微镜，研究团队终于观测到原子“开关”过程的实时变化。团队不仅验证了这种转换确实发生，还在原子尺度下揭示了具体的微观机制，对理解信息存储方式带来了新的突破。

进一步研究发现，原子的切换并不是一瞬完成，而会经过之前未被发现的中间结构。通过调整材料的成分，科学家可以有效控制这一过程，为开发速度更快、性能更稳定、能耗更低的存储材料提供了新思路，有望推动更小型和节能的存储芯片出现。

研究团队指出，明确了原子的切换路径，实际上为下一代存储器画出了“原子层面的地图”。这些新发现不仅为铁电材料的设计带来了重要参考，还帮助科学家们理解不同元素如何影响原子的迁移和开关效果。未来，科学家有机会在原子层面精确调整材料，进一步提升其耐久性和效率，为先进存储技术的研发提供坚实基础。