我院溫崢課題組與南京大學現代工程與應用科學學院楊玉榮課題組、鄧昱課題組合作，在鐵電疇結構和新一代信息技術上取得突破，相關研究成果以“Skyrmion nanodomains in ferroelectric–antiferroelectric solid solutions”為題于4月15日在線發表在Nature Materials期刊。
最近，極性拓撲疇，特別是極性斯格明子（Polar skyrmion）受到業界廣泛關注，其具有手性、負電容、場控二次諧波等新奇物性，并且這種拓撲孤子可以穩定在原子尺度，在超高密度數據存儲、負電容低功耗場效應器件以及高靈敏太赫茲成像等領域顯示出巨大應用潛力，這推動了鐵電拓撲電子學在新一代信息技術的持續創新發展。然而，鐵電體的“電極化-晶格”強耦合使得極性斯格明子成為能量介穩態。目前，其僅存在于少數借助復雜薄膜結構來平衡能量間相互作用的材料體系中，限制了相關電子學器件的設計、制備和CMOS系統集成。因此，探索新的極性斯格明子材料體系對于拓撲電子學的發展十分重要，但同時由于苛刻的力、電邊界條件充滿了挑戰。我們注意到極性斯格明子產生的兩個關鍵因素，即“電偶極子轉動”和“非共線極化織構有序化”，提出基于鐵電-反鐵電固溶體的斯格明子材料體系。固溶體中鐵電序與反鐵電序共存，其能量相互競爭導致電偶極子旋轉，當固溶成分恰當時，非共線電偶極子有序化形成如Néel疇壁等排列并產生斯格明子拓撲織構。該體系化學組分簡單，易于制備且魯棒性強，蘊含了拓撲極性織構形成的新機制，使得斯格明子電疇能夠廣泛存在于陶瓷和薄膜兩種材料形態中，這不僅為極性拓撲相的理論和實驗研究提供了廣闊的平臺，還促進了鐵電電子學的創新發展。
該工作得到了國家自然科學基金，山東省泰山學者工程的支持。
論文鏈接： https://www.nature.com/articles/s41563-025-02216-8
