在计算机内存中使用铁电性而不是磁性材料可以节省能源。如果铁电位是纳米级的，这也会节省空间。但传统的观点认为，当“位”变小时，铁电特性就会消失。

有报道称，氧化铪可以用来制造纳米级的铁电体，但这种说法尚未得到证实。格罗宁根大学(UG)的物理学家们现在已经收集到可以说服怀疑者的证据，并将其发表在《自然材料学》(Nature Materials)(“外延应变的Hf0.5Zr0.5O2薄膜中的菱形铁电相”)上。

如图所示，是本研究中用于制造氧化铪晶体的“脉冲激光沉积”过程发生的真空室内部视图。左边是发光的基片，薄膜在上面可以实现原子控制生长;在中间是通过向化学成分正确的目标发射激光而产生的蓝色的等离子体。(图片来源:格罗宁根大学Henk Bonder)

铁电材料具有自发的向上或向下的偶极子，这意味着它们可以被用来存储信息，就像硬盘上的磁片一样。铁电位的优点是可以在低电压和低功率下书写。磁位需要大电流来产生一个用于开关的磁场，从而产生更大的功率。铁电体的缺点是，排列好的偶极子只在相当大的基团中是稳定的，所以如果你使晶体变小，偶极子最终会消失。

怀疑

格罗宁根大学功能纳米材料的教授比阿特丽斯?诺赫达(Beatriz Noheda)说，“20多年来，降低铁电材料的尺寸一直是一个研究课题。”大约八年前，德国德累斯顿的纳米电子材料实验室宣布实现了一项突破。他们声称氧化铪薄膜在厚度小于10纳米时是铁电薄膜，再厚一些的薄膜会失去铁电特性。

诺赫达说:“这违反了我们以前所知道的一切，所以大多数科学家都持怀疑态度，当然也包括我。”一些人对此持怀疑态度，他们认为，这些研究中使用的铁电铪样品是多晶的以及多相的（含有杂相），掩盖了对这种非传统现象的清晰基本的认识。

诺赫达和她的团队决定对此进行研究。他们想通过在基底上生长纯净(单相)薄膜来研究这些晶体。利用x射线散射和高分辨率电子显微镜技术，他们观察到非常薄的薄膜(10纳米以下)以一种完全意想不到的、未知的极性结构生长，这是铁电性的必要条件。

结合对精细的传输测量的这些观察，他们证实了这种材料确实是铁电性的。诺赫达解释说:“在我们使用的基体中，原子比氧化铪中的原子要近一些，所以氧化铪晶体会有点紧凑。”

极性相

令他们惊讶的是，他们注意到当层数超过10纳米时晶体结构发生了变化，从而重现了德累斯顿实验室的结果。诺赫达说:“我们使用了完全不同的方法，但我们得出了类似的结论。这证实了纳米氧化铪晶体中的铁电性确实是真实的而又是非常规的。这就引出了一个问题:为什么会这样?”

这两项研究的共同点是晶体的尺寸。小晶体变成铁电晶体，而大晶体会失去这种性质。这使得科学家们开始研究氧化铪的相图。在非常小的尺寸下，粒子具有非常大的表面能量，在晶体中产生了高达50亿Pa的压力。相图显示了在这个压力下不同的晶体排列。

诺赫达总结道:“这个压力，加上施加在基体上的压力，，导致了极性相的生成，这与这些晶体是铁电晶体的观察结果是一致的。”

“唤醒”周期

一个更重要的发现是，与德累斯顿的薄膜相比，新晶体不需要“唤醒”周期就能变成铁电体。诺赫达说:“之前研究的薄膜在经历了多次开关周期后才变成铁电薄膜。这使得人们对铁电是某种人工制品的怀疑增加了许多。我们现在认为，对于“不纯净”的样品，通过其他技术来排列偶极子，唤醒周期是必要的。而在我们的材料中，这种排列已经存在于晶体中。”

诺赫达认为，结果是值得肯定的:氧化铪在纳米尺度上是铁电性的。这意味着可以用这种材料制造出非常小的位，而且这种材料还具有可以在低电压下开关的优势。

此外，本研究中使用的特定基体是磁性的，这种磁性和铁电位的组合带来了额外的自由度，使得每个位可以存储双倍的信息。

现在纳米铁电的机理已经很清楚了。似乎其他简单的氧化物也有类似的性质。诺赫达预计，这将引发许多新的研究。