【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】　近日，南開大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院張國權(quán)教授團隊聯(lián)合意大利羅馬大學(xué)Eugenio DelRe教授、荷蘭格羅寧根大學(xué)Beatriz Noheda教授，以及以色列希伯來大學(xué)Aharon J. Agranat教授團隊，在鉭鈮酸鉀鋰(KTN:Li)鐵電晶體中發(fā)現(xiàn)了一種由自發(fā)對稱性破缺形成的三維鐵電編織網(wǎng)絡(luò)，并實現(xiàn)了其局域光學(xué)調(diào)控。該研究揭示了固態(tài)鐵電晶體中一種新的拓撲結(jié)構(gòu)形成機制，為發(fā)展具有全局拓撲保護的高魯棒性光子存儲、信息處理和神經(jīng)形態(tài)計算提供了新的材料體系。相關(guān)成果以“Spontaneous formation and optical manipulation of a woven domain fabric in a ferroelectric crystal”(鐵電晶體中編織疇結(jié)構(gòu)的自發(fā)形成與光學(xué)操控)為題發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《光：科學(xué)與應(yīng)用》(Light: Science & Applications)。南開大學(xué)為論文第一完成單位，論文第一作者為南開大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院教師辛非非。
 

　　鐵電材料利用自發(fā)極化的空間分布編碼信息，是高效電子與光子鐵電存儲器件的重要基礎(chǔ)。其極化狀態(tài)可由光場驅(qū)動實現(xiàn)讀取、寫入與擦除，使存儲過程具有非接觸、可重構(gòu)的光學(xué)操控能力。近年來，鐵電渦旋、斯格明子等拓撲極化結(jié)構(gòu)因具有拓撲保護而受到廣泛關(guān)注。然而，這類結(jié)構(gòu)形成的超晶格本質(zhì)上仍由局域拓撲單元組成，其拓撲保護局限于各局域單元。相比之下，自然界中的DNA雙螺旋和神經(jīng)纖維網(wǎng)絡(luò)等復(fù)雜系統(tǒng)，通過連續(xù)交織形成覆蓋整個體系的網(wǎng)絡(luò)，其穩(wěn)定性來源于整體拓撲連通性，而非單個拓撲單元，因此兼具高度的穩(wěn)定性、容錯能力和結(jié)構(gòu)可塑性。將這種全局拓撲保護機制與鐵電材料的光學(xué)可調(diào)控特性相結(jié)合，有望構(gòu)建兼具高穩(wěn)定性和可重構(gòu)性的仿生光子信息存儲與信息處理平臺。然而，這類由自發(fā)對稱性破缺形成的三維編織拓撲結(jié)構(gòu)此前尚未在固態(tài)鐵電晶體中被觀察到。
 

　　研究團隊發(fā)現(xiàn)，在KTN晶體鐵電相變過程中，當(dāng)溫度降至居里溫度(19℃)以下約2℃時，規(guī)則排列的鐵電疇超晶格會自發(fā)演化形成三維鐵電編織網(wǎng)絡(luò)。不同于鐵電渦旋、斯格明子等局域拓撲結(jié)構(gòu)，該編織網(wǎng)絡(luò)由連續(xù)鐵電疇相互交織而成，并貫穿整個體系，具有全局拓撲保護特性。進一步研究發(fā)現(xiàn)，編織網(wǎng)絡(luò)在不同交叉節(jié)點的交織關(guān)系具有不規(guī)則性，并依賴于網(wǎng)絡(luò)的形成歷史，從而賦予其信息編碼能力?；谶@一特性，研究團隊實現(xiàn)了對三維鐵電編織網(wǎng)絡(luò)的局域光學(xué)調(diào)控，利用聚焦光場對編織結(jié)構(gòu)進行選擇性重構(gòu)，實現(xiàn)復(fù)雜拓撲狀態(tài)的光寫入、光擦除和光重構(gòu)。全局拓撲保護機制賦予該結(jié)構(gòu)良好的穩(wěn)定性，而光學(xué)調(diào)控則使不同拓撲狀態(tài)能夠被靈活操控，為構(gòu)建高魯棒性、可重構(gòu)的光子信息存儲和信息處理平臺提供了新的途徑。
 

　　上述研究成果拓展了鐵電拓撲結(jié)構(gòu)在信息存儲和信息處理領(lǐng)域的應(yīng)用邊界，實現(xiàn)了拓撲穩(wěn)定性與光學(xué)可重構(gòu)性的結(jié)合，為發(fā)展兼具高穩(wěn)定性、可重構(gòu)性的仿生光子信息存儲平臺提供了新的材料體系，并為未來神經(jīng)形態(tài)計算和低能耗信息處理技術(shù)的發(fā)展提供了新的可能。該研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金等項目的資助。
 

　　引用：南開團隊發(fā)現(xiàn)具有全局拓撲保護的三維鐵電編織網(wǎng)絡(luò)-綜合新聞-南開大學(xué)【引用時間：2026年8月14日】