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我國科研團隊發(fā)現(xiàn)鐵電材料中的“奇點”

2024/5/20 7:00:41 來源:IT之家 作者:故淵 責編:故淵
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IT之家 5 月 20 日消息,中國科學院研究在鐵電材料中發(fā)現(xiàn)極化布洛赫點(Bloch point),是矢量場中的“奇點”,其周圍的矢量朝向空間中的各個方向。

該發(fā)現(xiàn)是繼通量全閉合陣列、半子晶格、周期性電偶極子波之后,研究團隊在有關鐵電材料拓撲疇結構方面的又一項重要突破。

相場模擬預測上電極厚度的變化導致半子向布洛赫點轉變 (a-e);(f, g) 兩種布洛赫點的局域極化結構;(h) 布洛赫點的位置隨電極厚度的變化;(i, j) 不同電極厚度的薄膜中的應力分布,表明彈性驅動力是導致半子向布洛赫點轉變的主要原因。 

該科研團隊由中國科學院物理研究所馬秀良研究員、中國科學院金屬研究所王宇佳研究員、廣東松山湖材料實驗室馮燕朋副研究員等組成,相關成果在線發(fā)表于《自然-通訊》。

布洛赫點在渦旋的翻轉、斯格明子的形成與湮滅等過程中扮演了重要的角色,是聯(lián)系經(jīng)典磁學和量子磁學之間的橋梁。

SmScO3 襯底上 SrRuO3/PbTiO3/SrRuO3 三層薄膜的截面樣 (b-d) 和平面樣 (e, f) 的像差校正透射電鏡圖像,展示了極化布洛赫點的原子尺度極化構型。 

研究團隊在前期半子晶格工作的基礎上,利用相場模擬構建對稱電極模型,發(fā)現(xiàn)隨著電極厚度的增加,匯聚和發(fā)散型半子分別演化成兩種類型的布洛赫點:一是面內(nèi)匯聚且面外發(fā)散,二是面內(nèi)發(fā)散且面外匯聚。

團隊利用脈沖激光沉積技術在 SmScO3 襯底上生長由 SrRuO3 電極夾持的超薄 PbTiO3 薄膜(5 納米),并通過像差校正透射電子顯微鏡對平面樣和截面樣進行觀察,在 PbTiO3 薄膜中觀察到了面內(nèi)面外呈發(fā)散和匯聚特征的極化布洛赫點。

極化布洛赫點的負電容效應的相場模擬結果。(a) 負電容區(qū)域(綠色)和布洛赫點(紅色)的分布;(b-f) 布洛赫點的極化構型圖和電場分布圖;(g, h) 穿過布洛赫點的極化、電場、介電常數(shù)分布曲線。本文圖片由課題組供圖。

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關鍵詞:科學,鐵電材料

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