西安电子科技大学郝跃院士团队联合香港城市大学和复旦大学在纤锌矿铁电材料耐久性问题上取得突破，相关研究成果于9月11日发表在国际学术期刊《Science》上。研究团队在原子尺度揭示了铁电材料的失效机制，并提出氮空位拓扑稳定调控方案，将铁电存储器的循环寿命提升至超过100亿次。
铁电存储器利用材料中原子尺度的极化方向记录信息。以氮化铝钪为代表的纤锌矿氮化物铁电材料因结构高度有序、与现有芯片制造工艺兼容，被视为下一代非易失性存储器的候选材料。但这类材料在反复读写中耐久性不足，完全极化翻转条件下已有器件通常在约一亿次循环后失效。此前研究人员已观察到漏电增加、铁电性能退化等失效现象，但循环电场作用下材料内部缺陷如何运动、演化并最终导致器件失效，始终缺乏清晰的微观图景。
韩根全、周久人教授团队综合运用电输运分析、电子叠层衍射成像、电子能量损失谱、几何相位应变分析及第一性原理计算等手段，在原子尺度追踪缺陷动态演化，将焦点锁定于氮空位。团队发现，循环电场持续驱动氮空位重新分布、局域团聚和长程迁移，由此导致两条失效路径：氮空位长程渗流迁移促进贯穿薄膜厚度方向的漏电通道形成，最终诱发硬击穿；氮空位的局域重构与极化相关晶格重取向耦合，导致存储极化信号逐渐退化。
基于上述机制，团队提出氮空位拓扑稳定的缺陷调控概念，并设计空间与能量协同的双重干预方案。空间维度上，构筑氮化铝钪/氮化铝铁电超晶格结构，利用周期性插入的氮化铝层阻挡氮空位沿薄膜厚度方向的长程迁移。能量维度上，引入动态恢复方法，促使已局域聚集的氮空位重新分布。两种手段协同作用，维持了氮空位空间构型在长期电应力下的稳定性。
测试显示，该方案制备的超晶格器件在保持完全极化翻转条件下，实现超过100亿次循环耐久性，与此前纪录相比提升约两个数量级；器件经历10亿次循环后存储信号衰减控制在3％以内。周久人表示，过去优化寿命更多依赖更换材料配方、调整工艺参数，现在有了清晰的微观物理图像，可以有针对性地设计调控方案，该框架对同类纤锌矿铁电材料均有参考价值。
该研究为铁电存储器在长期电应力下的可靠性问题提供了微观物理层面的解释与调控路径，对推动纤锌矿铁电材料在下一代非易失性存储器中的工程化应用具有参考意义。西安电子科技大学为论文第一完成单位，集成电路学部2025级博士研究生王瑞清、杭州研究院研究员朱峰为第一作者，韩根全教授、周久人教授为通讯作者。
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