沈洋课题组在极性涡旋拓扑的诱导与调控领域取得新进展

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电偶极子的组装方式与外场响应行为是电介质材料研究的核心问题。极性涡旋拓扑结构具有空间连续的极化旋转，是一类特殊的电偶极子组装形式。近年来，其凭借着新奇的物理特性与在电子器件方面的潜在应用而受到学术界的广泛关注与研究。然而，目前相关的外场调控研究主要局限于涡旋物态的产生或破坏，对其形态的连续调控较为少见。
近日，清华大学材料学院沈洋教授课题组在P（VDF-TrFE）基弛豫铁电聚合物中首次诱导出极性螺旋新物态。借助角分辨压电力显微镜，研究人员确认了极性拓扑“双螺旋”的极化特征，具有空间连续的Néel型极化旋转。研究团队进一步发现，极性螺旋可在较低的电场或力场激励下发生非易失、准连续的旋转，分别可达130°（120 MV m-1）与780°（324 MPa）。结合微区表征技术、第一性原理计算与相场模拟，研究发现极性螺旋的形成与场致旋转源于聚合物螺旋链间的不对称库伦相互作用与弱介电各向异性。极性螺旋的场致旋转可进一步利用红外光读取，并具有很好的保持特性，因而该工作有望应用于神经形态系统、场控空间光调制器等领域。

图1.弛豫铁电聚合物中涡旋拓扑的诱导与调控；（a,b）极性螺旋在角分辨压电力显微镜下的成像；（c,d）极性螺旋中极化旋度与极化散度的分布；（e）极性螺旋中诱发场致旋转的示意图；（f,g）极性螺旋中的非易失准连续电致旋转与力致旋转

       1月8日，该研究以“弛豫铁电聚合物中极性螺旋的电、力诱导旋转”（Electrically and mechanically driven rotation of polar spirals in a relaxor ferroelectric polymer）为题，在线发表于《自然·通讯》（Nature Communications）期刊。
        清华大学材料学院博士后郭梦帆、2021级博士生徐而翔和北京理工大学教授黄厚兵为该论文的第一作者。沈洋、郭梦帆与英国剑桥大学教授尼尔·马撒（Neil. D. Mathur）为该论文的共同通讯作者。清华大学材料学院教授南策文，副教授马静、易迪，北京大学物理学院研究员高鹏，中国工程物理研究院研究生院副研究员徐贲，武汉理工大学材料科学与工程国际化示范学院特聘研究员沈忠慧为该研究提供了重要帮助。该研究获得国家自然科学基金基础科学中心项目、国家重大科研仪器研制项目、清华大学自主科研计划、中国博士后科学基金的大力支持。
        论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-44395-5
        文章来源：清华大学
        沈洋，男，1980年11月出生，清华大学教授。2002年7月于清华大学材料科学与工程系获得学士学位，2007年1月获清华大学工学博士学位。此后于2007年至2011年先后在美国加州大学圣巴巴拉分校和哈佛大学进行博士后研究。2011年1月进入清华大学材料学院工作至今。近年来在具有超高储能密度的聚合物复合电介质和全固态柔性锂离子电池等领域取得了系列研究成果。曾荣获国家杰出青年科学基金（2016），入选教育部“长江学者奖励计划”青年学者（2016），中组部“万人计划”青年拔尖人才（2015），北京市科技新星（2013），获国家自然科学基金委首届优秀青年基金资助（2012），入选全国百篇优秀博士学位论文（2009）等。现作为项目负责人主持国家自然科学基金面上项目、杰出青年基金各一项，国家重点研发计划子课题一项，深圳市技术攻关重点项目一项，作为骨干参与自然基金重点项目、973项目子课题等多个项目。在包括Nature Communications (2篇)，Annual Review of Materials Research（2篇）, Advanced Materials（8篇）, Advanced Functional/Energy Materials（5篇）, Journal of American Chemical Society，Materials Today等刊物共发表SCI论文150余篇，他引6400余次， H因子40。获授权发明专利21项。受邀在国内外学术会议做邀请报告近20次，担任中国物理学会秋季年会电介质分会召集人和2018MRS Spring Meeting Symposium co-chair等。担任SCI期刊Applied Surface Sciences，Science Bulletin副主编。担任亚洲电子陶瓷联盟执委会委员、中国复合材料学会介电高分子复合材料与应用专委会常务副主任、中国物理学会电介质专委会委员等。