无需外部磁场(即永磁体)即可自行保持磁化状态的材料称为铁磁体。铁电体可以被认为是铁磁体的电对应物,因为它们无需外部电场即可保持极化状态。
众所周知,铁磁体在减小到低于某一阈值的纳米尺寸时会失去磁性。当铁电体同样在各个方向上变得极小(即变成零维结构,如纳米颗粒)时会发生什么,长期以来一直是一个争议话题。
韩国科学技术研究院物理系 Yongsoo Yang 博士领导的研究小组通过与 POSTECH、SNU、KBSI、LBNL 和阿肯色大学的国际合作研究,首次通过实验阐明了铁电纳米粒子内部的三维涡旋形极化分布。
该项研究以论文《揭示纳米粒子中极性拓扑的三维排列》的形式在线发表在《自然通讯》杂志上。
约 20 年前,Laurent Bellaiche 教授(现就职于阿肯色大学)及其同事从理论上预测,铁电纳米点内部可能出现一种独特的极化分布形式,即环形涡旋形状。他们还提出,如果能够适当控制这种涡旋分布,则可以将其应用于容量比现有设备高出 10,000 倍以上的超高密度存储设备。
然而,由于难以测量铁电纳米结构内的三维极化分布,实验未能得到澄清。现在,韩国科学技术研究院的研究团队通过实施一种名为原子电子断层扫描的技术,成功解决了这个 20 年来的难题。
该技术的工作原理是从多个倾斜角度获取纳米材料的原子分辨率透射电子显微镜图像,然后使用先进的重建算法将它们重建为三维结构。