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我国科研团队发现铁电材料中的“奇点”

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5 月 20 日消息,中国科学院研究在铁电材料中发现极化布洛赫点(Bloch point),是矢量场中的“奇点”,其周围的矢量朝向空间中的各个方向。

该发现是继通量全闭合阵列、半子晶格、周期性电偶极子波之后,研究团队在有关铁电材料拓扑畴结构方面的又一项重要突破。

相场模拟预测上电极厚度的变化导致半子向布洛赫点转变 (a-e);(f, g) 两种布洛赫点的局域极化结构;(h) 布洛赫点的位置随电极厚度的变化;(i, j) 不同电极厚度的薄膜中的应力分布,表明弹性驱动力是导致半子向布洛赫点转变的主要原因。

该科研团队由中国科学院物理研究所马秀良研究员、中国科学院金属研究所王宇佳研究员、广东松山湖材料实验室冯燕朋副研究员等组成,相关成果在线发表于《自然-通讯》。

布洛赫点在涡旋的翻转、斯格明子的形成与湮灭等过程中扮演了重要的角色,是联系经典磁学和量子磁学之间的桥梁。

SmScO 3 衬底上 SrRuO 3/PbTiO 3/SrRuO 3 三层薄膜的截面样 (b-d) 和平面样 (e, f) 的像差校正透射电镜图像,展示了极化布洛赫点的原子尺度极化构型。

研究团队在前期半子晶格工作的基础上,利用相场模拟构建对称电极模型,发现随着电极厚度的增加,汇聚和发散型半子分别演化成两种类型的布洛赫点:一是面内汇聚且面外发散,二是面内发散且面外汇聚。

团队利用脉冲激光沉积技术在 SmScO3 衬底上生长由 SrRuO3 电极夹持的超薄 PbTiO3 薄膜(5 纳米),并通过像差校正透射电子显微镜对平面样和截面样进行观察,在 PbTiO3 薄膜中观察到了面内面外呈发散和汇聚特征的极化布洛赫点。

极化布洛赫点的负电容效应的相场模拟结果。(a) 负电容区域(绿色)和布洛赫点(红色)的分布;(b-f) 布洛赫点的极化构型图和电场分布图;(g, h) 穿过布洛赫点的极化、电场、介电常数分布曲线。本文图片由课题组供图。

IT之家附上参考地址

  • Polar Bloch points in strained ferroelectric films

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