性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的整體拓?fù)湎嘧冋{(diào)控在 pto/sto 鐵電超晶格中, 由于其介電層sto 絕緣界面處的退化場和襯底 dso 的外延約束所產(chǎn)生的靜電能和彈性能的多能量競爭, 而形成性渦旋陣列。研究者們進(jìn)步發(fā)現(xiàn), 改變超晶格層厚度, 在 pto/sto 超晶格中發(fā)現(xiàn)了新型手性性渦旋相與相應(yīng)鐵電相共存的復(fù)雜多維結(jié)構(gòu), 能夠產(chǎn)生有趣的物理響應(yīng), 如手性、負(fù)電容和大的壓電響應(yīng)。在襯底外延應(yīng)力約束下, 對于短周期超晶格 (pton/ston, n = 4—10 個(gè)單胞), pfm 和同步輻射 rsm 研究結(jié)果顯示*的面內(nèi)取向化, 與傳統(tǒng) a1/a2 鐵電疇結(jié)構(gòu)致。 但對于 n = 16 的超晶格, pfm 和 rsm 測試結(jié)果表明, 沿 pc 方向形成周期性條帶結(jié)構(gòu), 見圖 8(a),由鐵電相 (a1/a2 疇) 與渦旋相交替排列形成。 超晶格的 tem 截面樣觀測結(jié)果, 如圖 8(b) 所示, 也顯示渦旋結(jié)構(gòu)和 a1/a2 疇共存, 揭示了鐵電相與渦旋相的較窄交界區(qū)域。如圖 8(c) 所示, 相場模擬重現(xiàn)了這過程, 由于渦旋中心的偏移, 整個(gè)渦旋結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出平面內(nèi)的凈化, 該凈化方向與相鄰 a 疇的平面方向致, 使得渦旋的平面內(nèi)分量與 a 疇化合并形成連續(xù)邊界。damodaran 等也報(bào)道了這種混合相結(jié)構(gòu)在外場激勵(lì)下顯示出可控的響應(yīng)。如圖 8(d) 所示, 利用 afm 導(dǎo)電探針將正向直流偏壓作用于樣品時(shí), 混合相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻蛪弘婍憫?yīng)的純渦旋相; 在負(fù)直流偏壓的作用下, 由此產(chǎn)生的純渦旋相可反過來轉(zhuǎn)換為鐵電和渦旋相的混合結(jié)構(gòu)。 這種轉(zhuǎn)變過程也通過溫度相關(guān)的原位同步輻 x 射線衍射實(shí)驗(yàn)得到了證實(shí), 如圖 8(e)所示, 在樣品溫度高至約 200 °c 時(shí), 混合相變成純鐵電 a1/a2 相, 在高于 325 °c 溫度時(shí), 樣品變成順電相, 當(dāng)溫度緩慢降到室溫后, 樣品恢復(fù)到原來的混合相結(jié)構(gòu)。 然而, 溫度調(diào)控的相變是非平衡相,是短暫的中間過程, 所以, 如何將它們穩(wěn)定為持久狀態(tài)是實(shí)現(xiàn)操控與相結(jié)構(gòu)相關(guān)的新奇物理特性的提。 stoica 等利用亞皮超快光脈沖激光激勵(lì)可以使 pto/sto 超晶格中的鐵電相和渦旋相的混合結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的超晶結(jié)構(gòu)。 該結(jié)構(gòu)相在室溫條件下可以穩(wěn)定存在, 并可以通過加熱方式恢復(fù)到原混合相結(jié)構(gòu), 轉(zhuǎn)變過程如圖 8(f) 所示。 這種可逆外場調(diào)控的鐵電相和渦旋相轉(zhuǎn)變提供了新的應(yīng)用機(jī)會。 例如, 純渦旋相結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出數(shù)量大的壓敏響應(yīng)和非線性光學(xué)效應(yīng), 通過擦寫渦旋疇并利用外加電場控制混合相成份, 可以控制材料的其他特性, 如手性。 電場控制的手性和其他耦合特性將為凝聚態(tài)物理和多功能器件的研制開辟新的域。