研究人員發現并解析液態鐵電材料電極化結構獨特性

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近日，華南理工大學前沿軟物質學院教授Satoshi Aya（謝曉晨）和黃明俊團隊在鐵電液晶領域取得了重大突破，他們發現并解析液態鐵電液晶中新穎電極化拓撲結構。相關成果發表于《自然-物理》（Nature Physics）。

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電極化環狀拓撲結構的偏光顯微圖像（PLM）。受訪者供圖

該研究在多種不同化學結構的鐵電液晶材料中發現了一類新奇并普遍存在的電極化拓撲結構，探究了其在電場下的有趣動力學過程；深度解析了其中電極化相互作用與液晶彈性的耦合，通過理論解析和數值模擬闡明了該極性環狀拓撲的產生機制和電場效應。

具體而言，研究人員通過在鐵電向列相（Ferroelectric Nematic，NF）液晶中加入少量手性劑，成功制備了螺旋鐵電向列相（Helielectric Nematic，HN*）液滴，并首次發現了普遍存在的周期性多疇區電極化環狀拓撲結構。他們利用拓展形式的Oseen-Frank理論模型，闡明了形成環狀拓撲疇區結構的關鍵驅動力是撓曲電相互作用。

據介紹，該發現首次證明了液態鐵電材料中電極化結構的獨特性、可重構性及可設計性，突破了傳統鐵電結晶材料中電極化結構的局限性，深化了人們對鐵電液晶中拓撲結構形成的理解。該發現還為開發新型鐵電光電子器件提供了理論指導和實驗基礎。特別是在超低電場誘導下，環形極化疇區獨特的收縮/膨脹動態切換特性，為可設計和可切換的液態鐵電光電子器件的開發提供了新的可能性。

該研究成果的發布，為鐵電液晶的研究和應用開辟了新的道路，也為極性軟物質領域的發展注入了新的活力。未來，研究團隊將繼續深入探索HN*液滴中多疇電極化環狀拓撲的更多性質和應用，以期在鐵電材料領域取得更多創新性成果。