BaTiS3 原子尺度极化漩涡的涌现
材料科学
2025-10-23 v2
摘要
拓扑缺陷，如磁性和偶极系统中的漩涡和天体，能够引发典型磁性体和介电体中未观察到的性质。本文报道了在不规则电荷密度波（CDW）相中的 BaTiS3 中发现的长程有序原子尺度漩涡和反漩涡的偶极阵列。同步 X 射线衍射（XRD）揭示了 BaTiS3 中存在多模态有序结构，将漩涡-漩涡-反漩涡极化三元组限制在 a-b 平面内，并沿 c 轴交替具有左右手性。多模态位移扭曲由三种独特的偏离中心 TiS6 配置 characterize，其比例由 47/49Ti 固体核磁共振（SSNMR）独立确认。通过第一性原理计算和现象学建模，我们显示，BaTiS3 中的偶极漩涡单元源于由平坦、柔软声子带引起的多个晶格不稳定性之间的耦合。这种机制与电气势能和应变能之间的竞争导致的经典偶极纹理形成的 ferroelectric 异质结构不同。观察到 BaTiS3 中的偶极漩涡将实空间偶极拓扑结构的终极尺度限制缩小至约纳米，揭示了晶体对称性与实空间拓扑之间的密切联系。我们的工作将具有竞争结构不稳定性的零填满半导体材料作为实现和理解量子极化拓扑结构的实验平台。
引用
@article{arxiv.2406.09530,
title = {Emergent Atomic Scale Polarisation Vortices in BaTiS3},
author = {Boyang Zhao and Gwan Yeong Jung and Shantanu Singh and Robert B. Smith and Huandong Chen and Guodong Ren and Chuangtang Wang and Sara Termos and Sean T. Holmes and Frederic Mentink-Vigier and Weizhe Zhang and Zhengyu Du and Claire Wu and M. J. Swamynadhan and Qinai Zhao and Kevin Ye and Donald A. Walko and Nicholas S. Settineri and Simon J. Teat and Liuyan Zhao and Robert W. Schurko and Haidan Wen and Rohan Mishra and Jayakanth Ravichandran},
journal= {arXiv preprint arXiv:2406.09530},
year = {2025}
}