氧化物异质结构中的极性涡旋运动操控

极性拓扑是磁性拓扑的类比，为奇异物理现象提供了广阔的探索空间，并具有广泛的多功能应用。极性涡旋和斯格明子是极性拓扑的代表，预测由于其超小尺寸可显著增强纳米电子器件的功能性和信息密度。尽管具有这些优势，但由于与受控运动和操控相关的固有挑战，极性拓扑在器件中的实际实现仍受到阻碍。因此，掌控涡旋操控——如运动、按需产生、湮灭和形状变换——对于实际器件集成至关重要。然而，涡旋运动常常受到集体晶格畸变的内在物理限制以及周围环境的强钉扎效应的挑战，这些问题仍然难以解决。在本研究中，我们通过施加局域脉冲电场和导电尖端的跟随偏置电场，实现了PbTiO3/SrTiO3异质结构中涡旋运动的实时观测。值得注意的是，涡旋表现出对电场方向的可逆响应运动。此外，通过沿特定轨迹精确操控导电原子力显微镜尖端，我们实现了受控的涡旋重塑，重构后的涡旋在长时间内展现出显著的稳定性。这一潜在的物理机制进一步通过相场模拟得到精确揭示，模拟表明涡旋边界的运动通过涡旋核心锯齿形图案的切换来控制。本研究强调了通过外部刺激操控涡旋动力学的可行性，推进了对基础物理的理解以及下一代基于极性涡旋的纳米电子器件的前景。