Сегнетоэлектрические солитоны, созданные в эпитаксиальных сверхрешетках феррита висмута
Новые исследования в области теоретической и экспериментальной физики показывают, что впервые в мультиферроике был создан широкий спектр мелкоразмерных специальных поляризационных структур, известных как солитоны. В то время как солитоны ранее были идентифицированы в чистых сегнетоэлектриках или материалах с поляризацией, не было показано, что этот диапазон солитонов существует в мультиферроиках, в которых помимо поляризации существует магнитный спин.
Полярные конфигурации, вычисленные с помощью расчетов эффективного гамильтониана.
a) Полярная структура (стрелки) тонкопленочной сверхъячейки BiFeO 3 после релаксации из доменной структуры 109° при эпитаксиальной деформации -2,9% при 10 К. Плоскость xz показана вместе с верхним и нижним слоями пленки.
b) Распределение плотности заряда Понтрягина (цветные плакетки) вместе с нормированными диполями (стрелки) для полярного распределения, показанного на (а).
Предоставлено: Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-39841-3
Результаты были опубликованы в Nature Communications под заголовком «Сегнетоэлектрические солитоны, созданные в эпитаксиальных сверхрешетках феррита висмута». Автором статьи выступила международная группа физиков, в которую вошли научный сотрудник Арканзасского университета Сукрити Мантри и доценты Юсра Нахас и Сергей Прохоренко. Нахас и Прохоренко входят в группу вычислительной физики конденсированных сред, возглавляемую заслуженным профессором физики Лораном Беллаишем, который также был соавтором.
«В мультиферроиках существует множество степеней свободы в игре и конкуренции. Трудно добиться правильных условий», — объяснил Мантри. «Наши сотрудники-экспериментаторы из Университета Нового Южного Уэльса в Сиднее смогли сделать это, используя специальную сверхрешетку из феррита висмута и титаната стронция».
Мантри добавил, что красота солитонов заключается в том, что они имеют сложные и интересные картины поляризации с собственными электрическими, оптическими и топологическими свойствами. Эти свойства могут найти применение в запоминающих устройствах, сенсорных устройствах и наноэлектронике. Теперь, когда этот разнообразный спектр солитонов был впервые продемонстрирован в мультиферроиках, это резко расширило функциональные возможности этих солитонов, поскольку мультиферроики обладают не только электрической поляризацией, но и магнетизмом.
В мультиферроиках энергия может управляться магнетизмом и его взаимодействием с внешними или внутренними полями. Это означает, что они потенциально предлагают больше способов взаимодействия с солитонами; например, магнитное поле может контролировать солитоны, а солитоны могут контролировать магнитные спиновые устройства.
«Это исследование продемонстрировало важность международного сотрудничества с различными группами, обладающими дополнительным опытом», — отметил Беллайш.
