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磁性斯格明子是一種具有準(zhǔn)粒子特性的拓?fù)渥孕Y(jié)構(gòu)。類比由自旋構(gòu)成的磁性斯格明子，極性斯格明子由電偶極子構(gòu)成。2019年美國加州大學(xué)伯克利分校S. Das教授、R. Ramesh教授和合作者通過改變外延約束條件，利用原子分率掃描透射電子顯微鏡，在鈦酸鍶層包裹的鈦酸鉛層中發(fā)現(xiàn)了室溫極性斯格明子，相關(guān)研究成果以“Observation of room-temperature polar skyrmions”發(fā)表在了Nature上。極性斯格明子具有手性、負(fù)電容性、拓?fù)浔Ｗo性，且尺寸比較?。◣准{米），有望被應(yīng)用于高性能、低功耗的納米電子器件當(dāng)中。在基于極性斯格明子納米電子器件的開發(fā)中，了解外場激勵下極性斯格明子的相轉(zhuǎn)變行為，掌握外場激勵下極性斯格明子的操控是先決條件。近日，北京大學(xué)物理學(xué)院高鵬教授團隊與合作者利用原位掃描透射電子顯微技術(shù)（In situ scanning transmission electron microscopy, STEM）實現(xiàn)了對極性斯格明子在外電場下動力學(xué)演化與拓?fù)湎嘧冃袨榈挠^測，結(jié)合相場模擬揭示了極性斯格明子在電場激勵下的相變機制與相互作用，為其在下一代納米電子器件中的潛在應(yīng)用提供了指導(dǎo)信息。相關(guān)研究成果以“Dynamics of Polar Skyrmion Bubbles under Electric Fields”為題，發(fā)表于《Physical Review Letters》上。北京大學(xué)物理學(xué)院量子材料科學(xué)中心朱銳雪、浙江大學(xué)航空航天學(xué)院蔣哲鑫、北京大學(xué)與天津工業(yè)大學(xué)聯(lián)合指導(dǎo)研究生張欣欣、湘潭大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院鐘向麗教授為論文共同一作者；湖南科技大學(xué)譚叢兵副教授、北京大學(xué)高鵬教授、浙江大學(xué)王杰教授、中國科學(xué)院物理研究所白雪冬研究員為論文共同通訊作者。

原位鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.107601

 研究人員利用原位掃描透射電子顯微技術(shù)觀察了電場驅(qū)動下極性斯格明子的演化過程，他們發(fā)現(xiàn)斯格明子條在電場作用下會收縮斷裂形成斯格明子泡，隨著電場強度的增大，極性斯格明子泡會收縮、湮沒形成一個普通鐵電單疇。與之相反的是，在反向電場作用下，它們會膨脹、融合后合并形成一個單疇。在一個電場周期下極性斯格明子泡、斯格明子條、鐵電單疇的演化行為具有可逆性，因此他們認(rèn)為電場可以用來在室溫下調(diào)控極性斯格明子，基于極性斯格明子的納米器件是可以設(shè)計的。

      該研究工作在納米尺度上實現(xiàn)了對外電場驅(qū)動下極性斯格明子動力學(xué)演化行為的原位觀測，證明了利用合適的電場可實現(xiàn)極性斯格明子的生成，擦除以及形狀調(diào)控，展示了實空間中拓?fù)鋯误w的可逆轉(zhuǎn)換相互作用以及晶格缺陷的作用，為極性斯格明子的調(diào)控和未來的納米電子器件應(yīng)用提供了重要信息。

圖2 本項研究中利用澤攸科技（ZepTools）的PicoFemto?系列原位TEM-STM樣品桿搭建了原位測試環(huán)境。

圖3 本文中使用的原位樣品桿