在人工智能飞速发展的今天，我们身边的手机、电脑、智能设备背后，都离不开功能材料的支撑——其中，铁电材料凭借“能记住自己极化状态”的特殊本领，成为下一代存算一体芯片、高效存储器的核心候选材料，直接关系到设备的能耗、速度和稳定性。

如何打破层状铁电材料极化方向的固有局限，实现更高性能的器件应用？

近日，松山湖材料实验室/中国科学院物理研究所张广宇研究员与浙江钱塘高等研究院吴克辉教授、浙江大学陆赟豪教授、中国科学院物理研究所白雪冬研究员合作，在功能氧化物薄膜领域取得一项重要突破，为这类关键材料的发展开辟了新路径。相关研究成果以“Templated Perpendicular Ferroelectricity in Textured Aurivillius Oxide-based thin films”为题发表在《自然·通讯》（Nature Communications）上。

功能氧化物薄膜因自旋、轨道、电荷与晶格自由度间的强关联耦合，展现出超导性、铁磁性与铁电性等丰富物理性质，已成为凝聚态物理与功能材料研究的核心课题。深入探索这些功能氧化物薄膜的本征物理特性及其调控机制，不仅能够揭示微观结构与宏观功能之间的内在联系，也为发展新型半导体器件提供了具有潜力的候选材料体系。

图1 通过Bi₂WO₆的晶格框架稳定亚稳态的WO₃铁电相

基于此，研究团队成功开发出一种结构模板化策略，通过在Aurivillius相氧化物Bi₂WO₆的晶格结构框架内稳定一种亚稳态WO₃相，该材料实现了稳健的面外铁电极化，这与原始Bi₂WO₆材料仅具有面内极化特性的表现形成鲜明对比。结合第一性原理计算与原子分辨扫描透射电子显微技术，研究揭示了该WO₃相的铁电极化来源于氧离子的位移。

基于该薄膜制备的原型铁电场效应晶体管和铁电忆阻器，展现出超过10⁶的优异开关比和高达350摄氏度的热稳定性。此项研究不仅拓展了二元铁电氧化物的材料体系，更为克服层状铁电材料中极化方向受限的难题建立了一种具有普适性的设计新范式。

文章链接

https://www.nature.com/articles/s41467-026-70676-w