Zr取代钛酸钡中的拓扑织构

铁电体中的拓扑极化织构为高密度存储、神经形态计算以及固体拓扑的受控探测提供了途径。在菱方相钛酸钡中，理论已确认了拓扑荷为-2的稳定反斯格明子，其可分数为六个-1/3热点，被称为拓扑夸克。在此，我们使用基于第一性原理参数化的有效哈密顿量框架，将这一图景扩展至Zr取代钛酸钡（BZT）。在有序的12.5%组分中，化学加倍的周期性强迫沿[111]方向交替：一半承载-2反斯格明子（六个-1/3夸克），另一半承载+4斯格明子（六个+2/3夸克）。两者共享相同的六涡旋支架（三重对称基元），但在芯级极化织构上有所不同，导致面内积分（切片）拓扑荷中每个涡旋存在整数+1的偏移。在随机BZT中，纳米畴依然可诱导且在低温下稳定，但淬火无序会钉扎并扭曲涡旋，产生具有沿纳米畴轴拓扑荷涨落的非均匀、类斯格明子玻璃态。热稳定性图表明，纯钛酸钡将-2织构保留至约100 K，而在BZT中，坍塌温度呈非单调性，在6-8% Zr附近出现极小值，反映了铁电软化与无序钉扎之间的竞争。重要的是，12.5%有序排列在300 K以上仍保持菱方相，使得293 K下可实现场稳定纳米畴。在局部[111]偏压下，有序系统携带+4切片荷，而随机组分在相同条件下发生碎裂。这些结果确立了BZT作为从低温到室温化学可编程、分数化铁电拓扑的平台，并提出了实现多态、可重构器件的途径。