通过有效哈密顿计算计算出的极性构型。a：在 10 K 条件下，从 109°畴结构松弛后的超级电池 BiFeO3 薄膜的极性结构（箭头）。资料来源：《自然-通讯》（2023 年）。DOI: 10.1038/s41467-023-39841-3

新的理论和实验物理学研究表明，在多铁电体材料中首次产生了被称为孤子的各种不同尺寸的特殊极化结构。虽然此前已在纯铁电（或具有极化的材料）中发现了孤子，但在多铁性材料（其中除极化外还存在磁自旋）中还未显示存在这种范围的孤子。

该研究成果以 "外延铋铁氧体超晶格中制作的铁电孤子 "为题发表在《自然-通讯》上。该论文由一个国际物理学家团队撰写，其中包括阿肯色大学博士后助理研究员苏克里蒂-曼特里（Sukriti Mantri）、助理研究教授尤斯拉-纳哈斯（Yousra Nahas）和谢尔盖-普罗霍连科（Sergei Prokhorenko）。Nahas和Prohorenko是物理学特聘教授Laurent Bellaiche领导的计算凝聚态物理小组的成员，Laurent Bellaiche也是该研究的特约作者。

"在多铁氧体中，有很多自由度在起作用并相互竞争。要获得正确的条件非常困难，"Mantri 解释说。"我们在悉尼新南威尔士大学的实验合作者利用一种特殊的铁铋和钛酸锶超晶格排列，做到了这一点。

曼特里补充说，孤子的美妙之处在于它们具有复杂而有趣的极化模式，并具有自身的电学、光学和拓扑学特性。这些特性可应用于存储设备、传感设备和纳米电子学。由于多铁氧体材料不仅具有电极化特性，而且还具有磁性，因此现在首次在多铁氧体材料中展示了这种多种多样的孤子，极大地扩展了这些孤子的功能。

在多铁性材料中，能量可以由磁性及其与外部或内部场的相互作用驱动。这意味着它们有可能提供更多与孤子相互作用的途径；例如，磁场可以控制孤子，孤子也可以控制磁自旋排列。

"贝莱切指出："这项研究证明了与具有互补专长的不同小组开展国际合作的重要性。
 

参考资料

Vivasha Govinden et al, Ferroelectric solitons crafted in epitaxial bismuth ferrite superlattices, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-39841-3

原文链接：Researchers create class of tiny polarization structures called solitons

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