多階鐵電拓?fù)鋺B(tài)研究獲重要進(jìn)展

近日，松山湖材料實(shí)驗(yàn)室大灣區(qū)顯微科學(xué)與技術(shù)研究中心研究員馬秀良團(tuán)隊(duì)同合作者，在自組裝、高密度鐵酸鉍納米結(jié)構(gòu)中觀測(cè)到多階極性徑向渦旋，并成功通過尺寸調(diào)控和外部電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)不同拓?fù)鋺B(tài)的轉(zhuǎn)換和拓?fù)潆姾煽刂?。該發(fā)現(xiàn)為下一代高密度、多態(tài)非易失性存儲(chǔ)器件的設(shè)計(jì)提供了全新思路。3月21日，相關(guān)成果發(fā)表于《自然-通訊》（Nature Communications）。

二階徑向渦旋的結(jié)構(gòu)確定。研究團(tuán)隊(duì)供圖

拓?fù)鋺B(tài)因其獨(dú)特的物理性質(zhì)和在信息存儲(chǔ)、傳輸中的潛力，近年來成為凝聚態(tài)物理和材料科學(xué)的研究熱點(diǎn)。在鐵電材料中，具有可調(diào)拓?fù)潆姾傻募{米級(jí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)被視為實(shí)現(xiàn)高密度、多態(tài)存儲(chǔ)的關(guān)鍵。然而，此前研究多集中于低階拓?fù)鋺B(tài)，高階結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與調(diào)控仍面臨挑戰(zhàn)。

研究人員在國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助下，通過前期薄膜體系設(shè)計(jì)、后期精密調(diào)控邊界條件及生長(zhǎng)工藝，在鐵酸鉍薄膜中成功誘導(dǎo)出多階極性徑向渦旋。

基于高密度、自組裝納米結(jié)構(gòu)的薄膜構(gòu)型，研究人員直接觀測(cè)到具有獨(dú)特極化分布組態(tài)的二階徑向渦旋，其表現(xiàn)為具有“甜甜圈”狀面外分量和四象限式面內(nèi)分量的極化組態(tài)，實(shí)現(xiàn)了凈拓?fù)潆姾蒕=0。他們通過改變鐵酸鉍納米結(jié)構(gòu)尺寸，進(jìn)一步穩(wěn)定了從一階到三階的多階鐵電徑向渦旋，并實(shí)現(xiàn)了拓?fù)潆姾傻亩鄳B(tài)調(diào)控。利用壓電力顯微鏡針尖施加的局部電場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了不同拓?fù)鋺B(tài)的動(dòng)態(tài)切換和拓?fù)潆姾傻倪B續(xù)變化。

該研究結(jié)果為下一步構(gòu)筑復(fù)雜極性拓?fù)浣M態(tài)，豐富鐵電拓?fù)錁?gòu)型，進(jìn)而設(shè)計(jì)新型多態(tài)鐵電存儲(chǔ)提供了新的可能性。