近日，松山湖材料實驗室大灣區顯微科學與技術研究中心研究員馬秀良團隊同合作者，在自組裝、高密度鐵酸鉍納米結構中觀測到多階極性徑向渦旋，并成功通過尺寸調控和外部電場實現不同拓撲態的轉換和拓撲電荷控制。該發現為下一代高密度、多態非易失性存儲器件的設計提供了全新思路。3月21日，相關成果發表于《自然-通訊》（Nature Communications）。
拓撲態因其獨特的物理性質和在信息存儲、傳輸中的潛力，近年來成為凝聚態物理和材料科學的研究熱點。在鐵電材料中，具有可調拓撲電荷的納米級拓撲結構被視為實現高密度、多態存儲的關鍵。然而，此前研究多集中于低階拓撲態，高階結構的穩定與調控仍面臨挑戰。
研究人員在國家自然科學基金等項目的資助下，通過前期薄膜體系設計、后期精密調控邊界條件及生長工藝，在鐵酸鉍薄膜中成功誘導出多階極性徑向渦旋。
基于高密度、自組裝納米結構的薄膜構型，研究人員直接觀測到具有獨特極化分布組態的二階徑向渦旋，其表現為具有“甜甜圈”狀面外分量和四象限式面內分量的極化組態，實現了凈拓撲電荷Q=0。他們通過改變鐵酸鉍納米結構尺寸，進一步穩定了從一階到三階的多階鐵電徑向渦旋，并實現了拓撲電荷的多態調控。利用壓電力顯微鏡針尖施加的局部電場，實現了不同拓撲態的動態切換和拓撲電荷的連續變化。
該研究結果為下一步構筑復雜極性拓撲組態，豐富鐵電拓撲構型，進而設計新型多態鐵電存儲提供了新的可能性。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-58008-w