今日Nature铁电材料的重大发现：室温极性斯格明子的观察

木文韬 5年前 (2019-04-18) 9011浏览

【引言】

复杂的拓扑结构（例如，斯格明子）在凝聚态物理以及自旋电子学的潜在应用方面引起了人们极大的兴趣。这引出了一个问题：是否可以实现电偶极子（即极性斯格明子）的类似排列。(PbTiO₃)_n/(SrTiO₃)_n异质结构提供了一个有趣的机会来测试这种可能性，因为研究人员已经证明了极性拓扑结构的形成，如手性涡旋、铁电手性和非手性畴壁或铁电泡畴。理论预测表明，在弹性能、静电能和梯度能相互作用下，铁电材料具有获得气泡状纳米结构和类斯格明子拓扑结构的巨大潜力。通过认识到晶格失配应变的关键作用，结合实景空间成像、第二原理从头计算和相场模型，证明了具有+1斯格明子数的手性极性斯格明子气泡的形成。

【成果简介】

今日，在美国加州大学伯克利分校S. Das教授和R. Ramesh教授（共同通讯作者）团队的带领下，与美国宾夕法尼亚州立大学、劳伦斯伯克利国家实验室、橡树岭国家实验室、康奈尔大学、卢森堡科学技术研究所、卢森堡大学和西班牙坎塔布里亚大学合作，通过改变外延约束条件，团队利用原子分辨率扫描透射电子显微镜，发现了在钛酸锶层包裹的钛酸铅层中发现了室温极性斯格明子气泡。相场模拟和第二原理计算表明，极化斯格明子气泡的斯格明子数为+1，共振软X射线衍射实验表明其为圆二色性，且具有手性。这种纳米级的极性斯格明子气泡是磁性斯格明子的电子类似物，有助于铁电学向包含手性、电控负电容和大压电响应等功能方向发展。相关成果以题为“Observation of room-temperature polar skyrmions”发表在了Nature上。