清華新聞網(wǎng)1月17日電 電偶極子的組裝方式與外場(chǎng)響應(yīng)行為是電介質(zhì)材料研究的核心問(wèn)題。極性渦旋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有空間連續(xù)的極化旋轉(zhuǎn)，是一類(lèi)特殊的電偶極子組裝形式。近年來(lái)，其憑借著新奇的物理特性與在電子器件方面的潛在應(yīng)用而受到學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注與研究。然而，目前相關(guān)的外場(chǎng)調(diào)控研究主要局限于渦旋物態(tài)的產(chǎn)生或破壞，對(duì)其形態(tài)的連續(xù)調(diào)控較為少見(jiàn)。
近日，清華大學(xué)材料學(xué)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(dǎo)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(rèn)了極性拓?fù)洹半p螺旋”的極化特征，具有空間連續(xù)的Néel型極化旋轉(zhuǎn)。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，極性螺旋可在較低的電場(chǎng)或力場(chǎng)激勵(lì)下發(fā)生非易失、準(zhǔn)連續(xù)的旋轉(zhuǎn)，分別可達(dá)130°（120 MV m-1）與780°（324 MPa）。結(jié)合微區(qū)表征技術(shù)、第一性原理計(jì)算與相場(chǎng)模擬，研究發(fā)現(xiàn)極性螺旋的形成與場(chǎng)致旋轉(zhuǎn)源于聚合物螺旋鏈間的不對(duì)稱(chēng)庫(kù)倫相互作用與弱介電各向異性。極性螺旋的場(chǎng)致旋轉(zhuǎn)可進(jìn)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(yīng)用于神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)、場(chǎng)控空間光調(diào)制器等領(lǐng)域。
圖1.弛豫鐵電聚合物中渦旋拓?fù)涞恼T導(dǎo)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(chǎng)致旋轉(zhuǎn)的示意圖；（f,g）極性螺旋中的非易失準(zhǔn)連續(xù)電致旋轉(zhuǎn)與力致旋轉(zhuǎn)
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(dǎo)旋轉(zhuǎn)”（Electrically and mechanically driven rotation of polar spirals in a relaxor ferroelectric polymer）為題，在線(xiàn)發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications）期刊。
清華大學(xué)材料學(xué)院博士后郭夢(mèng)帆、2021級(jí)博士生徐而翔和北京理工大學(xué)教授黃厚兵為該論文的第一作者。沈洋、郭夢(mèng)帆與英國(guó)劍橋大學(xué)教授尼爾·馬撒（Neil. D. Mathur）為該論文的共同通訊作者。清華大學(xué)材料學(xué)院教授南策文，副教授馬靜、易迪，北京大學(xué)物理學(xué)院研究員高鵬，中國(guó)工程物理研究院研究生院副研究員徐賁，武漢理工大學(xué)材料科學(xué)與工程國(guó)際化示范學(xué)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(guó)家自然科學(xué)基金基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目、國(guó)家重大科研儀器研制項(xiàng)目、清華大學(xué)自主科研計(jì)劃、中國(guó)博士后科學(xué)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(xué)院
題圖設(shè)計(jì)：劉雨田
編輯：李華山
審核：郭玲
