科研快讯 | 氧化物超晶格中室温极性斯格明子袋的制备与调控  

近日，浙江大学基础交叉研究院综合交叉研究领域成员、材料科学与工程学院吴勇军教授、田鹤教授、洪子健研究员联合印度科学研究所Sujit Das团队，在Nature Communications上发表了题为“Harness of room-temperature polar skyrmion bag in oxide superlattice”的研究论文。

近年来，计算材料科学、高质量薄膜生长技术和先进表征工具的快速发展促进了多种极性拓扑相的发现。极性斯格明子作为一种漩涡状电偶极纹理，已在室温下于PbTiO₃/SrTiO₃（PTO/STO）氧化物超晶格中被实验观察到。这些拓扑结构的形成源于应变、去极化场、界面耦合和极性梯度之间的复杂相互作用，并展现出负电容、手性和亚太赫兹集体模式等奇特物理性质，在纳米电子器件中具有潜在应用价值。斯格明子袋作为一种高阶拓扑结构，由外部斯格明子壁和内部极性相反的斯格明子组成，此前在铁磁材料和液晶中已有报道，但在极性体系中仍难以实现。

该项研究首次报道了在铁电/介电氧化物超晶格中创建、演化和破坏室温极性斯格明子袋的过程。团队全面分析了斯格明子袋的动态行为，通过使用带电尖端施加电场脉冲，可促进斯格明子袋的形成，并通过改变电场方向将其消除，并且通过调节施加电位的大小可以原位操纵斯格明子袋内的拓扑电荷。在应用方面，通过将整数拓扑电荷与电读出力关联，实现了多级存储单元的设计，且袋内多个斯格明子的存在显著降低了数据丢失风险，增强了存储器的可靠性。该研究为未来高密度、可扩展、低功耗的纳米电子器件开发奠定了理论基础。