行业资讯 | 突破存储极限！泽攸原位TEM测量系统帮助科学家首次在室温下实现极性斯格明子包的可控构建

研究团队以PbTiO?/SrTiO?（PTO/STO）氧化物超晶格为模型体系，通过先进的薄膜制备技术获得了高质量的外延薄膜。借助高角环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）、压电力显微镜（PFM）等多种表征手段，他们首先在室温下观察到了稳定的极性斯格明子。

图1：PTO/STO超晶格中极性斯格明子的结构与观测

研究的核心创新在于通过施加局域电场脉冲，驱使这些单一的斯格明子发生演化。实验和相场模拟结果显示，在电场作用下，斯格明子扩张、连接，最终形成一个由外层“包裹壁”和内部多个极性相反的斯格明子构成的“包”状拓扑结构。

图2：在带电尖端施加电势下，斯格明子形成极性斯格明子包的过程

为了在原子尺度上确认这一特殊结构，团队利用泽攸科技的原位TEM测量系统进行了关键实验。在透射电镜内直接施加偏压，原位STEM成像清晰地捕捉到了斯格明子包的完整形貌，直接证实了该拓扑结构的真实存在。

图3：擦除和恢复斯格明子包状态

更令人振奋的是，这种斯格明子包展现出良好的可逆操控性。通过改变电场的极性，可以实现斯格明子包的“擦除”（回到普通斯格明子态）和“重构”。更重要的是，通过精确调控电压大小，可以连续改变斯格明子包内部包含的斯格明子数量，即调控其拓扑电荷。由于边界和内部区域的导电特性差异，这种拓扑电荷的变化可以直接通过电学信号读取。

图4：斯格明子包的拓扑态与拓扑电荷随电势变化的相图

这项研究成功地将高阶拓扑概念引入铁电材料领域，实现了室温下极性斯格明子包的电场可控操作。这意味着，一个存储单元（一个斯格明子包）有望存储多个比特的信息，从而实现存储密度的数量级提升。同时，拓扑保护特性赋予了其优异的抗干扰能力和稳定性，加之电场操控的低能耗优势，为突破传统“内存墙”限制、发展存算一体新型架构提供了革命性的解决方案。

这项基础研究的突破，不仅深化了我们对复杂拓扑物态的理解，更预示着后摩尔时代低功耗、高密度信息存储技术的全新可能。

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