我国学者在铁电拓扑的可控拓扑相变领域取得重要进展

图 铁电拓扑的热致拓扑相变规律及铁电拓扑的相互切换

　　在国家自然科学基金项目（批准号：12125407、92166104、11934016、12325402、12174347、12474021、U21A2067）等资助下，浙江大学材料科学与工程学院张泽教授、田鹤教授团队与浙江大学材料科学与工程学院洪子健研究员、浙江大学物理学院谢燕武教授、郑州大学郭海中教授等合作，在铁电材料的可控拓扑相变领域取得进展。该成果于2025年1月8日以“热激活铁电拓扑的多态切换（Thermal triggering for multi-state switching of polar topologies）”为题发表在《自然•物理学》（Nature Physics）杂志。文章链接：https://www.nature.com/articles/s41567-024-02729-0。

　　凝聚态物质中的拓扑显著影响着物质特性，如超导/超流体中的涡旋激发、量子霍尔效应等。关联电子体系中的铁性物质具有丰富物性，其中多自由度易被外场调控。“拓扑”与“铁性”的结合能够激发一类超越“畴”概念的铁性拓扑效应，展现出广阔的应用前景。最近，铁电拓扑由于其纳米级的空间尺寸、优异的室温稳定性等优势，在超高密度、低功耗电子学领域展现出重要应用价值。理解铁电拓扑系统中的能量竞争平衡机制，厘清铁电拓扑相变规律，实现铁电拓扑结构的外场调控，将有效推动铁电拓扑走向实际应用。

　　研究团队通过搭建原子级分辨原位热学观测平台，深入研究了铁电/介电超晶格中的热致拓扑相变规律，实现了多种铁电拓扑状态的热驱动和局域切换。研究团队总结了热“拓扑相图”，归纳了铁电拓扑相随温度演化的相变规律。通过表征应变、极化、晶格等在相变过程中的非单调性特征，揭示了热致铁电拓扑相变与电/力诱导拓扑相变的竞争平衡机制显著不同。结合相场模拟的结果，研究团队进一步阐明温度路径和拓扑结构演化、能量演化的关系，实现了基于热激发的多种铁电拓扑间的稳定切换。

　　本工作对热激发产生铁电氧化物超晶格中亚稳拓扑相以及相变规律的研究，不仅有助于理解铁电拓扑相变的动力学，而且为设计基于铁电拓扑的高密度功能器件提供了可行方案。