我國學者在鐵電拓撲的可控拓撲相變領域取得重要進展

圖 鐵電拓撲的熱致拓撲相變規律及鐵電拓撲的相互切換

　　在國家自然科學基金項目（批準號：12125407、92166104、11934016、12325402、12174347、12474021、U21A2067）等資助下，浙江大學材料科學與工程學院張澤教授、田鶴教授團隊與浙江大學材料科學與工程學院洪子健研究員、浙江大學物理學院謝燕武教授、鄭州大學郭海中教授等合作，在鐵電材料的可控拓撲相變領域取得進展。該成果于2025年1月8日以“熱激活鐵電拓撲的多態切換（Thermal triggering for multi-state switching of polar topologies）”為題發表在《自然?物理學》（Nature Physics）雜志。文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41567-024-02729-0。

　　凝聚態物質中的拓撲顯著影響著物質特性，如超導/超流體中的渦旋激發、量子霍爾效應等。關聯電子體系中的鐵性物質具有豐富物性，其中多自由度易被外場調控。“拓撲”與“鐵性”的結合能夠激發一類超越“疇”概念的鐵性拓撲效應，展現出廣闊的應用前景。最近，鐵電拓撲由于其納米級的空間尺寸、優異的室溫穩定性等優勢，在超高密度、低功耗電子學領域展現出重要應用價值。理解鐵電拓撲系統中的能量競爭平衡機制，厘清鐵電拓撲相變規律，實現鐵電拓撲結構的外場調控，將有效推動鐵電拓撲走向實際應用。

　　研究團隊通過搭建原子級分辨原位熱學觀測平臺，深入研究了鐵電/介電超晶格中的熱致拓撲相變規律，實現了多種鐵電拓撲狀態的熱驅動和局域切換。研究團隊總結了熱“拓撲相圖”，歸納了鐵電拓撲相隨溫度演化的相變規律。通過表征應變、極化、晶格等在相變過程中的非單調性特征，揭示了熱致鐵電拓撲相變與電/力誘導拓撲相變的競爭平衡機制顯著不同。結合相場模擬的結果，研究團隊進一步闡明溫度路徑和拓撲結構演化、能量演化的關系，實現了基于熱激發的多種鐵電拓撲間的穩定切換。

　　本工作對熱激發產生鐵電氧化物超晶格中亞穩拓撲相以及相變規律的研究，不僅有助于理解鐵電拓撲相變的動力學，而且為設計基于鐵電拓撲的高密度功能器件提供了可行方案。