在电子技术中，关键材料特性会随着电压或电流等刺激而发生变化。科学家的目标是从纳米级(几个原子)和微米级(一张纸的厚度)的材料结构角度来理解这些变化。中尺度(跨度为 100 亿分之一米到 100 万分之一米)之间的领域经常被忽视。

美国能源部阿贡国家实验室的科学家与莱斯大学和美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室合作，在理解电场下铁电材料的中尺度特性方面取得了重大进展。这项研究发表在《科学》杂志上。

这一突破有望推动计算机内存、科学仪器激光器和超精密测量传感器领域的进步。

铁电材料是一种含有铅、镁、铌和钛的复杂混合物的氧化物。科学家将这种材料称为弛豫铁电体。它的特点是存在微小的正负电荷对(或偶极子)，这些电荷会聚集成簇，称为“极性纳米域”。

在电场作用下，这些偶极子会朝同一方向排列，导致材料变形或变形。同样，施加应变也会改变偶极子的方向，从而产生电场。

阿贡物理学家岳曹表示：“如果你在纳米尺度上分析一种材料，你只能了解极小区域内的平均原子结构。但材料不一定是均匀的，也不会在所有部分以相同的方式对电场做出反应。这就是中尺度可以描绘出一幅连接纳米到微米尺度的更完整的图景的地方。”

莱斯大学雷恩·马丁教授的研究小组制作了一种基于弛豫铁电体的功能齐全的装置，用于在工作条件下测试这种材料。其主要成分是弛豫铁电体薄膜(55 纳米)，夹在纳米级层之间，这些纳米级层充当电极，用于施加电压并产生电场。