近日，团队在《Nature Materials》发表了题为“Mechanically liberating polarization bubbles in van der Waals ferroelectrics”的研究论文。论文链接： https://doi.org/10.1038/s41563-025-02346-z
研究现状及难点
极性拓扑结构（如斯格明子、涡旋、半子等）因其拓扑保护特性与外场可调性在非易失性存储和新型电子器件中的巨大潜力，近年来成为物理、力学和材料科学等多学科交叉领域的研究前沿。然而，目前绝大多数极性拓扑结构依赖于人为构筑的异质结或超晶格结构，需要通过界面/边界/几何等约束来平衡能量竞争，才能实现拓扑结构的稳定存在。这种对外延结构和材料衬底的依赖极大地限制了拓扑电子器件在柔性、可集成化和硅基兼容电子学中的应用。
范德瓦尔斯材料因其层间弱相互作用、无悬挂键表面和优异的力学柔性等优点，为构筑可转移、可集成的功能器件提供了理想材料体系。特别是具有离子迁移特性的铁电性范德瓦尔斯材料CuInP2S6（CIPS），其展现出了多稳态结构、离子电导、负压电性等独特的物理特性，尤其是其极化共存旋转的特点，为构筑极性拓扑结构提供了可能。
主要发现与创新
本研究在无需异质结构约束的块体CIPS晶体中，通过力学调控方法成功实现了高密度极性气泡畴的构筑与操控。研究结果表明，原子力纳米探针在材料表面引起的局部曲率（应变梯度）变化是构筑极性气泡畴的关键。一方面，纳米探针引起的应变梯度场可以达到106m-1，该应变梯度场诱导的挠曲电场足以推动CIPS的极化翻转。另一方面，局部曲率的变化还推动CIPS中的铜离子从低极化态（LP）迁移至高极化态（HP）。进而导致内部的能量竞争达到新的平衡稳态。在上述物理过程的共同作用下，实现了在CIPS材料体系中传统迷宫畴到拓扑畴的演变与稳定存在。本研究工作推动了范德瓦尔斯体系拓扑结构的研究和发展，为其非易失性高密度存储应用奠定了一定基础。
