北京理工大学黄厚兵、王静团队与清华大学南策文院士团队合作揭示了铁电拓扑畴形成的一般性原理。
该团队通过我司研制的脉冲激光沉积系统和薄膜生长方面的使用，成功地在 STO (100) 衬底上沉积了高度外延的多层 BFO/STO/BFO/LSMO 薄膜。
脉冲激光沉积系统
通讯单位：北京理工大学，清华大学
该论文第一作者为北京理工大学王静副教授、清华大学博士后&北京理工大学博士高荣贞、以及北京理工大学唐诗雨博士和董守哲博士，通讯作者为黄厚兵教授和南策文教授
6月18日该论文发表在Science Advances
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https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.adu6223
波干涉可以生成多种拓扑向量实体，例如经典电磁（光学）波、声波、弹性波和水波中的涡旋。在铁电材料中，正负电荷的分离形成偶极子，这些偶极子在周期性排列时会产生连续的极化波。受这些波之间相似性的启发，该工作通过数学推导、相场模拟和角分辨压电力显微镜实验发现：两组正交的周期性极化波叠加可以自发诱导出铁电涡旋和反涡旋结构。相比以往对不同材料体系中“局部现象”的讨论，本研究揭示了一个跨材料系统通用的拓扑结构形成原理，适用于钛酸钡（BaTiO₃）、铋钨氧（Bi₂WO₆）、铁酸铋（BiFeO₃）等典型的四方相（T）、正交相（O）、菱方相（R）等铁电材料体系。
在该工作中，研究学者根据畴壁交叉组合类型对涡旋结构进行了分类，系统探索T、O和R相铁电体中所有可能的涡旋结构。
通过畴壁交叉组合类型进行涡旋分类
证明了涡旋/反涡旋结构可以通过两个正交极化波的叠加形成，给出铁电涡旋畴形成的定量数学表达。
铁电涡旋单元和2D、3D涡旋-反涡旋阵列的极化波叠加
通过实验和相场模拟，叠加原理还可以用于解释条纹畴和不规则的涡旋/反涡旋网络的形成。
极化波叠加形成条纹畴和涡旋-反涡旋网络的相场模拟和实验观察
该“极化波叠加原理”不仅能够解释铁电涡旋的形成，还可以推广至多种已知及预测的拓扑结构，包括1D结构：Ising、Néel、Bloch型畴壁；2D结构：merons、skyrmions等纳米涡旋态；3D结构：中心涡旋、Hopf环、Solomon环，甚至预测性提出Star of David rings结构等。
极化波叠加原理扩展到1D, 2D, 3D拓扑结构
这些研究结果推进了对拓扑畴形成原理的理解，为拓扑畴结构的构建和调控提供了理论依据，也为铁磁、液晶、超导体和超流体等领域的拓扑工程开辟了新路径。
北理工黄厚兵教授/王静博士团队联合清华南策文院士团队在报告原文中对安徽外延科技有限公司表达了感谢
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