清華新聞網(wǎng)1月17日電 電偶極子的組裝方式與外場響應行為是電介質(zhì)材料研究的核心問題。極性渦旋拓撲結構具有空間連續(xù)的極化旋轉，是一類特殊的電偶極子組裝形式。近年來，其憑借著新奇的物理特性與在電子器件方面的潛在應用而受到學術界的廣泛關注與研究。然而，目前相關的外場調(diào)控研究主要局限于渦旋物態(tài)的產(chǎn)生或破壞，對其形態(tài)的連續(xù)調(diào)控較為少見。
近日，清華大學材料學院沈洋教授課題組在P（VDF-TrFE）基弛豫鐵電聚合物中首次誘導出極性螺旋新物態(tài)。借助角分辨壓電力顯微鏡，研究人員確認了極性拓撲“雙螺旋”的極化特征，具有空間連續(xù)的Néel型極化旋轉。研究團隊進一步發(fā)現(xiàn)，極性螺旋可在較低的電場或力場激勵下發(fā)生非易失、準連續(xù)的旋轉，分別可達130°（120 MV m-1）與780°（324 MPa）。結合微區(qū)表征技術、第一性原理計算與相場模擬，研究發(fā)現(xiàn)極性螺旋的形成與場致旋轉源于聚合物螺旋鏈間的不對稱庫倫相互作用與弱介電各向異性。極性螺旋的場致旋轉可進一步利用紅外光讀取，并具有很好的保持特性，因而該工作有望應用于神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)、場控空間光調(diào)制器等領域。
圖1.弛豫鐵電聚合物中渦旋拓撲的誘導與調(diào)控；（a,b）極性螺旋在角分辨壓電力顯微鏡下的成像；（c,d）極性螺旋中極化旋度與極化散度的分布；（e）極性螺旋中誘發(fā)場致旋轉的示意圖；（f,g）極性螺旋中的非易失準連續(xù)電致旋轉與力致旋轉
1月8日，該研究以“弛豫鐵電聚合物中極性螺旋的電、力誘導旋轉”（Electrically and mechanically driven rotation of polar spirals in a relaxor ferroelectric polymer）為題，在線發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications）期刊。
清華大學材料學院博士后郭夢帆、2021級博士生徐而翔和北京理工大學教授黃厚兵為該論文的第一作者。沈洋、郭夢帆與英國劍橋大學教授尼爾·馬撒（Neil. D. Mathur）為該論文的共同通訊作者。清華大學材料學院教授南策文，副教授馬靜、易迪，北京大學物理學院研究員高鵬，中國工程物理研究院研究生院副研究員徐賁，武漢理工大學材料科學與工程國際化示范學院特聘研究員沈忠慧為該研究提供了重要幫助。該研究獲得國家自然科學基金基礎科學中心項目、國家重大科研儀器研制項目、清華大學自主科研計劃、中國博士后科學基金的大力支持。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-023-44395-5
供稿：材料學院
題圖設計：劉雨田
編輯：李華山
審核：郭玲
