在最新的一項研究中，阿肯色大學物理研人員發現了鐵電超薄膜發生反向轉變的證據，這可能會導致數據存儲、微電子學和傳感器的發展，其研究成果發表在《自然》期刊上。
第一作者尤斯拉·納哈斯(Yousra Nahas)說：研究發現，隨著溫度的升高，無序的迷宮相轉變為更有序的平行條紋結構。一百年前提出的這些類型轉變似乎與無序隨溫度增加的基本定律相矛盾。
同時還存在於其他系統中，如超導體、蛋白質、液晶和金屬合金。但還沒有在鐵電材料中被發現，科學家們感興趣的是它們具有自發電極化，可以通過施加電場來逆轉。
阿肯色州大學的研究人員能夠使用阿肯色州高性能計算中心對過渡進行建模。該中心的部分資金來自阿肯色州經濟發展委員會，法國的研究人員通過實驗室實驗驗證了該模型的預測。
通過在鐵電薄膜中實現從根本上新的設計原則和拓撲增強功能，這些發現可能被用來跨越當前的技術。相分離是一個協同過程，其動力學基礎是介觀尺度上磁疇圖案的有序形態發生。
高度簡併的凍結態系統可能會出現罕見、與直覺相反的逆對稱破缺現象。一個世紀前提出的這一概念已經在不同材料中被實驗發現，從聚合物和膠體化合物到高溫超導體、蛋白質、超薄磁性薄膜、液晶和金屬合金。
（上圖所示）【a】在Pb(Zr0.4Ti0.6)O_3的80×80×5單位晶胞薄膜中間層有基態偶極構型(平行條紋)；【b】從650K到10K緩慢降溫得到的迷宮或迷宮圖案的偶極構型，從650K突然冷卻到10K，灰(紅)偶極子沿[001]([001])([001])偽立方方向取向。
但鐵電氧化物除外，儘管對後者進行了大量的理論和實驗工作。本研究表明，Pb(Zr0.4Ti0.6)O3超薄膜在亞臨界失超後，鐵電疇的非平衡自組裝形成了一個以曲折條狀疇為特徵迷宮圖案。此外，隨著溫度升高，這種高度簡併的迷宮相經歷了一個反向轉變，在更高溫度下順電開始之前，它轉變為不太對稱的平行條形磁疇結構。
研究發現，這一相序可以歸因於疇壁熵貢獻的增強，並且疇變直和粗化主要是由拓撲缺陷的弛豫和擴散驅動。對BiFeO3反偶極躍遷的計算模擬和實驗觀察表明，這一現象在鐵電氧化物中是普遍存在的。
通過在鐵電薄膜內實現基本上新的設計原理和拓撲增強功能，可以在當前基於疇和疇壁的技術之外，使用它們所體現的多種自圖案化狀態和各種拓撲缺陷。
博科園｜研究/來自：阿肯色大學
參考期刊《自然》
DOI: 10.1038/s41586-019-1845-4
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