华东师范大学/复旦大学合作，最新Science！

本文研究了钪掺杂氮化铝(Al₁₋ₓScₓN)铁电薄膜中极化翻转的原子尺度机制。背景方面，纤锌矿结构的Al₁₋ₓScₓN因高极化强度和热稳定性备受关注，但其阳离子取代如何降低翻转能垒的微观机制尚不明确。研究目的上，华东师范大学与复旦大学团队结合球差校正透射电子显微镜和集成差分相位衬度扫描透射电子显微镜技术，直接观察Al₀.₈₂Sc₀.₁₈N薄膜的原子结构，并结合第一性原理和神经网络势能计算揭示翻转动力学过程。结论显示，Sc掺杂导致阳离子层间形成周期性调制结构，产生钪富集和贫乏交替的原子偶极层；原位电镜直接捕获了非集体的步进式翻转动态过程，伴随多个瞬态中间态。理论计算表明，这种成分不均匀性将翻转能垒降低至集体路径的三分之一（约0.07 eV/f.u.）。该发现阐明了宏观矫顽场降低的微观机制，为优化铁电性能提供了新思路。