铁电性产生于晶体中电偶极子的自发有序性，在外加电场的作用下，电偶极子可以可逆地转向相反的方向。一种铁电氧化物，二氧化铪（HfO2）最近成为一种有趣的材料，因为它具有纳米厚度的强大电偶极子，并且能够直接集成到硅器件中。HfO2是一种萤石结构，其电偶极子的可切换性预计不同于ABO3钙钛矿结构的氧化物，这可以从其较大的强制场和较慢的区域传播中得到暗示。但是人们对HfO2在原子水平上具有稳定的铁电性和明显的可转换性的根本原因还知之甚少。HfO2的结构和铁电性质之间的关系对于它们在先进的纳米电子器件中的应用至关重要，例如非易失性存储器和低功耗逻辑。目前，业界拟将速度快、功耗低且非易失的铁电随机存取存储器（FeRAM）作为替代现有动态随机存取存储器或闪存的下一代存储半导体。但是，FeRAM的主要缺点之一是存储容量有限。为了增加其存储容量，有必要通过减小芯片尺寸来集成尽可能多的设备。物理尺寸的减小导致存储器极化现象的消失，使其丧失功能。
在三星科学技术基金会资助下，蔚山国立科学技术学院（Ulsan National Institute of Science and Technology，UNIST）能源与化学工程教授李准熙及其团队发现了一种可以控制半导体材料中的单个原子，并进一步增加微芯片存储量以及突破芯片域尺寸极限的方法。
研究人员通过将一滴电荷加到一种名为铁电氧化铪（ferroelectric hafnium oxide，或HfO2）的半导体材料中，就可以控制四个单独的原子来存储1位数据（1 bit of data）。这就意味着，如果合理，可以实现一个闪存模组中每平方厘米可以存储500 TB的数据量，是当前闪存芯片的1 000倍，同时提高了利用0.5纳米工艺技术的可能性，将有助于半导体设备尺寸进一步缩小。
图1 与钛酸铅的扩散畴壁相反，HfO2有平坦带和零宽度畴壁
该研究成果发表在《Science》, 2020，369 (6509)：1343-1347，DOI: 10.1126/science.aba0067，题目：“Scale-free ferroelectricity induced by flat phonon bands in HfO2”。
