我国科研团队发现铁电材料中的“奇点”

5 月 20 日消息，中国科学院研究在铁电材料中发现极化布洛赫点（Bloch point），是矢量场中的“奇点”，其周围的矢量朝向空间中的各个方向。

该发现是继通量全闭合阵列、半子晶格、周期性电偶极子波之后，研究团队在有关铁电材料拓扑畴结构方面的又一项重要突破。

相场模拟预测上电极厚度的变化导致半子向布洛赫点转变 (a-e)；(f, g) 两种布洛赫点的局域极化结构；(h) 布洛赫点的位置随电极厚度的变化；(i, j) 不同电极厚度的薄膜中的应力分布，表明弹性驱动力是导致半子向布洛赫点转变的主要原因。 

该科研团队由中国科学院物理研究所马秀良研究员、中国科学院金属研究所王宇佳研究员、广东松山湖材料实验室冯燕朋副研究员等组成，相关成果在线发表于《自然-通讯》。

布洛赫点在涡旋的翻转、斯格明子的形成与湮灭等过程中扮演了重要的角色，是联系经典磁学和量子磁学之间的桥梁。

SmScO3 衬底上 SrRuO3/PbTiO3/SrRuO3 三层薄膜的截面样 (b-d) 和平面样 (e, f) 的像差校正透射电镜图像，展示了极化布洛赫点的原子尺度极化构型。 

研究团队在前期半子晶格工作的基础上，利用相场模拟构建对称电极模型，发现随着电极厚度的增加，汇聚和发散型半子分别演化成两种类型的布洛赫点：一是面内汇聚且面外发散，二是面内发散且面外汇聚。

团队利用脉冲激光沉积技术在 SmScO3 衬底上生长由 SrRuO3 电极夹持的超薄 PbTiO3 薄膜（5 纳米），并通过像差校正透射电子显微镜对平面样和截面样进行观察，在 PbTiO3 薄膜中观察到了面内面外呈发散和汇聚特征的极化布洛赫点。

极化布洛赫点的负电容效应的相场模拟结果。(a) 负电容区域（绿色）和布洛赫点（红色）的分布；(b-f) 布洛赫点的极化构型图和电场分布图；(g, h) 穿过布洛赫点的极化、电场、介电常数分布曲线。本文图片由课题组供图。