铁电体是可以存储电荷的物质，是智能手机、计算机和其他设备中数百个安装的电容器的核心材料。储存电荷的能力是由于铁电材料的自发电极化，它是由带电离子的排列形成的。最近，人们发现铁电材料不仅可以储存电荷，还可以通过电极化使电流像二极管一样流动。据说这些器件的工作原理是基于倾斜能带结构，这个概念在40多年前的教科书中已有描述，但直到现在才得到证实。
冈山大学、高强度光子科学研究所 (JASRI)、米乐m6官方网站 (AIST)、东京工业大学和巴黎萨克雷大学的联合研究小组在世界上首次观察到铁电材料电极化产生的倾斜能带结构。这一结果是通过精确合成具有单一电极化方向的铁电薄膜，并在大型同步加速器辐射设施 SPring-8 上使用高亮度 X 射线进行深度分辨测量来实现的。这有望大大推动高速、大容量非易失性存储器（FeRAM）和使用铁电材料的人工突触的发展。
这项研究成果发表在英国学术期刊《科学报告》
卡诺副教授
这是当时的博士生大岛先生全力以赴的成果。内容很新，需要时间审核。本研究是多位老师的合作研究。这次，我们第一次能够直接捕获具有电极化的铁电材料的能带结构的斜率，这种斜率已被预测存在了一段时间。预计未来对新型电子设备的进一步研究将会取得进展。
＜现状＞
铁电体在现代社会中被广泛用作虚拟空间中的信息和通信设备以及现实空间中的智能移动电子设备的核心材料。日本多年来一直是使用铁电材料的电子设备行业的世界领先者，但为了在未来保持这一优势，人们期望能够实现与可持续发展目标和《巴黎协定》等国际目标相关的节能创新。
铁电材料具有自发电极化。因此，它是一种既可以储存电荷，又可以控制电流流动的材料。据说这种物理性质的起源在于倾斜的能带结构（图a），尽管这个概念在40多年前的教科书中已有描述，但器件的开发持续了很长一段时间而未能证明这一点。
<研究结果内容>
我们认为，通过精确合成具有单一电极化方向的铁电薄膜，并使用来自大型同步加速器辐射设施 (SPring-8) 的高亮度 X 射线进行深度分辨测量，我们或许能够高精度地观察倾斜能带结构。
SPring-8 BL47XU 光束线拥有世界上唯一将同步加速器硬 X 射线与广角物镜相结合的实验设备，可以在保持角度的情况下检测 X 射线照射所发射的光电子。传统设备通过机械改变光电子探测器与样品表面之间的角度来观察样品不同深度产生的光电子，这不仅耗时，而且难以准确测量局部区域。此次使用的设备可以用聚焦至1微米左右的X射线照射样品，从而可以以不同角度一次性提取从样品表面向各个方向飞出到局部区域深层的光电子（深度信息）（图b）。通过将这种测量方法应用于具有均匀取向电极化的铁电薄膜并施加电压，我们首次证明了铁电体具有倾斜的能带结构（图c）。换句话说，这是通过将高质量薄膜样品合成技术与SPring-8的尖端实验技术相结合而实现的。
＜社会意义＞
使用铁电材料的非易失性存储器称为FeRAM，用于ICOCA等交通IC卡，该卡运行速度快，即使断电也能保留信息。为了取代目前使用的易失性存储器（一种当电源关闭时就会消失的存储器），需要更高的速度和更大的容量。我们对铁电材料倾斜能带结构的演示有望加速 FeRAM 的发展。此外，铁电材料中电流流动的独特方式与突触中的信息传输类似，因此有望用于人工突触。这些必将丰富我们未来社会的生活。
还有望促进更小、运行速度更快的电子设备的电子状态分析。
论文标题：铁电 BaTiO 中电极化引起的倾斜电子能带结构3
发表的论文：科学报告
作者：Norihiro Oshime、Jun Kano、Eiji Ikenaga、Shintaro Yasui、Yosuke Hamasaki、Sou Yasuhara、Satoshi Hinokuma、Naoshi Ikeda、Pierre-Eymeric Janolin、Jean-Michel Kiat、Mitsuru Itoh、Takayoshi Yokoya、Tatsuo Fujii、Akira Yasui、Hitoshi Osawa
DOI：101038/s41598-020-67651-w
这项研究是在日本学术振兴会、日本科学技术振兴机构和 SPring-8（加速脑循环战略国际研究网络促进计划 R2705、科学研究 C JP18J14276、PRESTO JPMJPR13C4、SPring-8 研究生提案类型作业 2016B1673）的支持下进行的2017B1679、2018A1655）。