材料科学：ツイストBaTiO₃自立層における2D強誘電渦パターン

ナノスケール強誘電体において最近見いだされた多くの複雑な極性トポロジーは、物質が均一な分極を発現する固有の傾向と、物質に課される電気的境界条件や機械的境界条件の間の微妙なバランスに起因している。強誘電体–誘電体界面は、開回路状の電気的境界条件に起因してその界面に分極回転が生じることで、フラックス閉鎖ドメインが形成されナノスケールレベルで渦状構造へと変化することを通して分極電荷の蓄積が回避されるモデル系である。強誘電性は、ひずみ（均一なひずみと不均一なひずみの両方）と強く結合することが知られているが、実験的に実現可能なひずみパターンが相対的に少ないので、薄膜ナノスケール強誘電体に対する機械的制約の影響は、これまであまり調べられてこなかった。今回我々は、ねじれ角（ツイスト角）を制御して強誘電性ペロブスカイト自立層を重ねることによって、こうしたトポロジカルナノ構造を、ツイスティングに伴う横ひずみの調節によって決まる方法で調整する機会が得られることを示す。さらに我々は、分極とひずみ勾配のフレキソエレクトリック結合から分極の渦と反渦の特異なパターンが現れることを見いだした。今回の知見から、これまで知られていなかった物理的効果や機能性の探索を可能にすると思われる、二次元高密度渦結晶を生み出す機会が得られる。

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