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铁电材料和铁磁材料有很多相似性，其背后的物理本质也是人们一直关心的问题。然而，人们对此种物理本质的理解仍然有待深入。例如，在铁磁材料中发现的通量全闭合畴结构，理论上也应该出现在铁电材料中，但始终没有得到实验证实。日前，中科院金属所科研人员通过实验首次观察到铁电材料中通量全闭合畴结构，相关成果发表在《科学》杂志上。
此前科学家无法在铁电材料中发现通量全闭合畴结构，是因为铁电材料中通量全闭合畴结构必然导致巨大的晶格应变，而如何突破铁电极化与晶格应变的相互制约是当今铁电材料领域面临的一个基础性科学难题。为此，中科院金属所的科研人员通过逆向思维设计，实施应变调控在钪酸盐衬底上制备出一系列超薄的PbTiO3铁电薄膜，利用具有原子尺度分辨能力的像差校正电子显微术，不仅发现通量全闭合畴结构及其新奇的原子构型图谱，而且观察到由顺时针和逆时针闭合结构交替排列所构成的大尺度周期性阵列。在此基础上，他们揭示了周期性闭合结构的形成规律，推导出闭合结构核心处超大的应变梯度以及整个闭合结构中巨大的长程弹性应变梯度。
专家指出，铁电材料中通量全闭合结构以及核心处巨大弯电效应的发现，将把铁电薄膜器件的设计和研发推向一个新的高度，为探索基于铁电材料的高密度信息存储器提供新途径。同时，该项工作证实了巨大的弹性应变梯度可以通过多层膜的形式保存下来，实现了相关物理性能的连续调控，为新型梯度功能材料的设计提供了新思路。（来源：中国科学报 彭科峰）
