为破解“脱衬底后通量闭合结构易乱”的难题，中国科学院东莞材料科学与技术研究所联合松山湖材料实验室、中国科学院物理研究所、浙江大学等，将铁电全闭合结构引入铁电场效应晶体管阵列，实现了非易失性信息的可逆写入与擦除，为高性能、低功耗新型存储器件提供了新思路。相关成果近日发表于《自然-通讯》。
通量全闭合基铁电场效应晶体管阵列的信息存储特性。研究团队供图
研究团队设计了SrTiO3（STO）/PbTiO3（PTO）超薄铁电多层膜，并借助水溶性牺牲层把薄膜从生长衬底上“揭下来”，得到可独立存在的均一通量闭合薄膜。原子分辨STEM、差分相位衬度成像和同步辐射X射线衍射共同证明：脱离衬底后，薄膜依然保留有序的通量闭合阵列，而没有传统铁电膜中那些杂乱的铁弹性畴。
相场模拟进一步给出答案：去掉衬底“管束”后，薄膜面内弹性应变大幅释放，极化自行重排，在弹性能与静电能之间找到新平衡，从而把闭合构型“锁”住。这说明，铁电全闭合结构不只是“被衬底逼出来的”，也可以依靠材料自身的极化自组织稳定存在——拓扑极化结构走向器件集成，有了更坚实的物理支撑。
进而，研究团队将独立铁电通量闭合薄膜与单层MoS2沟道集成，构筑铁电拓扑FeFET阵列。该器件存储窗口达7 V（归-化0.43 V/nm），开关电流比达108，数据保持时间约10年，耐受108次开关循环；阵列级实验可实现指定单元的可逆写擦，证实了非易失存储架构的可扩展性。在柔性场景下，器件经2000次弯曲后仍保持近108开关比和大于7 V存储窗口，展现柔性存储潜力；基于同一致密极化构型的铁电电容器则可承受1010次循环，显示出通量闭合结构在高可靠器件中的集成优势。
该工作将铁电通量闭合拓扑从基础物理研究推进至阵列级器件验证，确立了极化拓扑构型、半导体沟道输运与非易失存储行为之间的定量关联。成果不仅揭示了独立铁电薄膜中通量闭合结构的稳定机制，也为低功耗、柔性化非易失存储器件提供了可集成的技术路径。
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-026-77913-2
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