极化涡旋的亚太赫兹集体动力学
介观与纳米尺度物理
2021-04-28 v1 材料科学
摘要
拓扑结构的集体动力学从基础和应用角度都引起了极大兴趣。例如，对磁涡旋和斯格明子动力学性质的研究不仅加深了对多体物理的理解，还导致了在数据处理与存储方面的潜在应用。由电极化而非自旋构成的拓扑结构最近已在铁电超晶格中实现，有望用于拓扑序的超快电场调控。然而，人们对于此类复杂扩展纳米结构的动力学知之甚少，而后者正是其功能特性的基础。利用太赫兹场激发和飞秒 X 射线衍射测量，我们观测到极化涡旋特有的超快集体极化动力学，其频率比实验实现的磁涡旋高数个数量级，横向尺寸更小。一种此前未见的软模，以下称为涡旋子(vortexon)，作为原子位移的纳米级圆形图案的瞬态阵列出现，其在皮秒时间尺度上反转其涡旋性。在临界应变下其频率显著降低，表明结构动力学的凝聚。基于第一性原理的原子尺度计算和相场建模揭示了涡旋模式的微观原子排布与频率。极化涡旋中亚太赫兹集体动力学的发现，为在具有超高速度与密度的拓扑结构中实现电场驱动数据处理的应用开辟了机遇。
引用
@article{arxiv.2102.05746,
title = {Subterahertz collective dynamics of polar vortices},
author = {Qian Li and Vladimir A. Stoica and Marek Paściak and Yi Zhu and Yakun Yuan and Tiannan Yang and Margaret R. McCarter and Sujit Das and Ajay K. Yadav and Suji Park and Cheng Dai and Hyeon Jun Lee and Youngjun Ahn and Samuel D. Marks and Shukai Yu and Christelle Kadlec and Takahiro Sato and Matthias C. Hoffmann and Matthieu Chollet and Michael E. Kozina and Silke Nelson and Diling Zhu and Donald A. Walko and Aaron M. Lindenberg and Paul G. Evans and Long-Qing Chen and Ramamoorthy Ramesh and Lane W. Martin and Venkatraman Gopalan and John W. Freeland and Jirka Hlinka and Haidan Wen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2102.05746},
year = {2021}
}