原子薄的材料，如石墨烯电子如何以极快的速度在其中奔跑引起了人们的注意，从而引发了先进的新型电子设备的愿景。现在，科学家们发现类似的行为也存在于嵌在不寻常晶体材料中的二维薄片中，称为畴壁。此外，与其他原子薄板不同，畴壁可以很容易地创建、移动和破坏，这可能为可以立即转换或根据命令修复的新型电路开辟道路。
在这项新研究中，研究人员研究了结晶铌酸锂铁电薄膜只有500纳米厚。材料内的电荷分为正极和负极，铁电体是这些电偶极子通常朝向相同方向的材料。铁电体中的电偶极子聚集在称为畴的区域。它们被称为畴壁的二维层隔开。
神奇的电子性质二维材料的石墨烯和二硫化钼给研究人员带来了希望他们可能会允许摩尔定律继续下去一旦不可能利用硅取得进一步的进展。研究人员还研究了极薄导电材料中类似的吸引行为异质结面在两种不同的绝缘材料之间，如铝酸镧和钛酸锶。
畴壁本质上是同一材料中化学性质相同的区域之间的同质界面。然而，与任何其他二维电子材料不同的是，应用电场或磁场可以很容易地在材料内部产生、移动和湮灭畴壁。
这种独特的结构域壁的特性可能会导致新的研究。畴壁电子学“比目前依赖静态组件的设备更加灵活和适应性强。该研究的主要作者说，人们可能会想象整个电路“在一瞬间为一个目的而创建，但在下一个瞬间就会被擦干净，并以不同的形式为不同的目的重新编写”康纳竟敢管他是英国贝尔法斯特女王大学的物理学家。“可以不断变形的延展性域壁网络架构可以代表一种技术精灵，根据需求实现电子功能的实时变化。”
然而，科学家们发现很难详细地检查畴壁。麦克卢斯基说，畴壁既非常薄，又埋藏在晶体表面下，这使得它们“比常规的3D甚至2D材料”更不容易分析。
在这项新的研究中，McCluskey和他的同事们专注于他们所研究的晶体中的畴壁是如何形成锥状的。这种几何结构使他们可以使用相对简单的探针设计来分析畴壁的行为。
“可以不断变形的延展性域壁网络架构可以代表一种技术精灵，根据需求实现电子功能的实时变化。”—康纳竟敢管
科学家们发现，平均在室温下，电荷的迁移速度异常快。麦克卢斯基说，这些速度可能是“所有氧化物中室温值最高的”，“至少可以与石墨烯中的速度相媲美”。研究人员详细介绍了他们的发现刊登在8月11日的杂志上先进材料．
麦克卢斯基说，对这些参数的精确了解“对于设想和构建可靠工作的设备来说是必要的”。“我们的梦想是，它可以让完全可塑或短暂的纳米电路从一个时刻到下一个时刻被创造、破坏和改造。”
畴壁的一个很有前途的应用可能是大脑模拟神经形态计算麦克卢斯基说，神经形态设备扮演着将神经元连接在一起的突触的角色。
“大脑通过构建具有历史记忆的通路来工作:如果某个特定的突触通路使用得更频繁，它就会变得更强，使该通路在未来更容易被使用。大脑通过建立这些更强的路径来学习，”McCluskey说。“一些畴壁系统可以以同样的方式表现:如果你在我们特定系统的壁上施加小电压，它们会倾斜并轻微变化，增加它们的导电性并提供更高的电流。下一个脉冲会产生更大的电流，如此循环往复，就好像他们对过去有了一些记忆一样。”
如果结构域壁可以扮演人工突触的角色，“这将为神经形态计算的低热量生产、低功耗类脑架构铺平道路，”他补充道。
然而，尽管基于畴壁的可重构电子是一个诱人的想法，但在许多铁电体中，畴壁的导电性只比其他材料好一点点，因此它们可能不会帮助支持可行的设备，McCluskey指出。
麦克卢斯基说:“这对我们所研究的铌酸锂体系来说不是问题，因为它在畴壁的导电性和本体材料之间具有相当惊人的比例。”然而，铌酸锂目前需要大电压来操纵畴壁。他指出，缩小这些系统的厚度以适应日常电压“是一个主要障碍”。“我们正在努力。”
未来的实验将探索为什么电荷在畴壁中的迁移速度如此之快。麦克卢斯基说:“一般来说，载流子的迁移依赖于两个因素——电荷载流子在穿过材料的过程中分散或撞击物体的次数，以及载流子移动时的所谓有效质量。”
电子可以偏离材料中的缺陷，也可以偏离被称为声子的振动。“畴壁的存在可能会局部改变缺陷或声子浓度，导致沿畴壁的散射中心更少，”McCluskey说。
麦克卢斯基解释说，当涉及到电子等电荷载流子的有效质量时，“当我们考虑一个电子在晶格中移动时，我们不需要把它看作一个自由电子，比如真空中的电子，而是一个电子在固体晶体环境中移动。”“电子在前进过程中会感受到附近原子的影响，当它靠近或远离任何给定原子时，它的能量会发生变化。”这本质上可以使在晶体中运动的电子比普通电子更轻或更重。他说，畴壁扰乱晶体晶格的方式可能反过来改变电子的有效质量。
麦克卢斯基说:“如果没有进一步的实验，就不可能说这些因素中哪一个对决定我们系统中的载波机动性更有作用。”“我们希望我们的研究能促使人们将重点转向描述畴壁系统中的输运，这可能与当今研究前沿的其他一些2D功能材料系统一样令人兴奋。”
