核壳铁电纳米颗粒中三维涡旋态的电场调控

在 Landau-Ginzburg-Devonshire 方法结合静电方程的框架下，我们对置于聚合物或液体介质中、由可调谐顺电钛酸锶壳层包裹的铁电钛酸钡核的极化行为进行了有限元建模。在初始随机或多畴极化分布经零场弛豫后，核中形成稳定的二维涡旋，其涡旋轴沿核的某一结晶学轴方向。随后施加周期、强度和方向均可变的正弦均匀电场脉冲。场致涡旋结构变化表现为：出现以细长纳米畴形式的轴向核、核生长、极化沿电场方向增强，以及向单畴态转变。我们引入术语“核（kernel）”来命名在涡旋轴附近发展且极化垂直于涡旋平面的细长纳米畴。在铁磁学中，该区域通常称为涡旋核。带核的涡旋态具有流形简并性，源于涡旋轴的三个等概率方向、沿涡旋轴极化的顺时针与逆时针旋转方向，以及核中极化的两个方向。单核中如此多样的涡旋态有望用于核壳纳米颗粒及其集合体作为多比特存储器及相关逻辑单元的应用。在黏度可控的软物质介质中，核壳纳米颗粒涡旋核在球面上的旋转可用于模拟量子比特特征。