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铁电畴拓扑结构

/topological structure of ferroelectric domain/
条目作者董帅

董帅

最后更新 2024-05-24
浏览 119
最后更新 2024-05-24
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铁电体自发极化区域的空间结构保持稳定性的几何特征。

英文名称
topological structure of ferroelectric domain
所属学科
物理学

类似于铁磁体具有磁畴,铁电体也可以形成铁电畴结构。某些拓扑畴具有实空间拓扑稳定性,虽然各个畴形貌、大小可以变化,但在畴壁交汇点可以保持很高稳定性,可以用一个拓扑数来描述。

在六角结构锰氧化物YMnO3体系中,六瓣形状的铁电拓扑畴很常见。在六角结构锰氧化物体系中,锰形成准二维三角晶格,并且该三角晶格会发生三聚化畸变,因此三聚化结构畴具有三种。而其铁电极化由三聚化畸变加其他晶格畸变导致,具有沿着晶格轴上下(+与-)两种取向,因此该体系共有六种畴。实验发现,这六种铁电畴能形成共顶点的六瓣结构,并且围绕六瓣中心,畴的排列磁序始终只有两种可能,类比于涡旋与反涡旋。这种结构非常稳定,加电场可以改变其中畴的大小,移动涡旋位置,但无法消灭单独一个涡旋中心。涡旋与反涡旋可以湮没。该六重对称畴结构,反映了其对称性,是由畴壁能决定的(非上述涡旋次序的畴壁能量非常高,因此无法出现)。

具有其他对称性的铁电体系,也有可能存在类似的拓扑畴结构(不限定于类型)。图中给出了几个涡旋结构实例。图a展示了自然界中星云、大气系统和花朵中的涡旋结构;图b是电纳米点中的极化涡旋结构;图c是理论预测的涡旋阵列。

自然界的涡旋结构与铁电纳米结构中的几个铁电涡旋态实例自然界的涡旋结构与铁电纳米结构中的几个铁电涡旋态实例

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