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NEWS INFORMATION
更新時間：2026-01-12
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隨著大數據、人工智能等技術的快速發展，全qiou數據存儲需求呈現爆炸式增長，傳統存儲技術逐漸面臨密度與穩定性的雙重瓶頸。在追求更高存儲密度和更低能耗的道路上，拓撲學為新一代存儲器提供了全新思路。其中，斯格明子作為一種具有拓撲保護的納米結構，在磁性材料中已被廣泛研究，并展現出構建“賽道存儲器"的潛力。
然而，單個斯格明子僅能編碼一個比特信息，且其排列密度受限，相鄰斯格明子之間容易因相互作用導致數據丟失。在鐵電材料中實現類似斯格明子的拓撲結構——極性斯格明子，并進一步構建更復雜的“斯格明子包"，一直面臨重大挑戰。主要原因在于鐵電體系缺乏類似于磁性材料中的Dzyaloshinskii-Moriya相互作用，難以在室溫下穩定多級拓撲態。
近日，由浙江大學、印度科學研究所等機構組成的研究團隊取得重大突破，首chi在鐵電/介電氧化物超晶格中實現了室溫下極性斯格明子包的可控創建、演化和擦除。該研究成果于2025年11月11日發表在《Nature Communications》上，標題為“Harness of room-temperature polar skyrmion bag in oxide superlattice"。
實現突破的關鍵：
高質量材料與精準電場調控
研究團隊以PbTiO?/SrTiO?（PTO/STO）氧化物超晶格為模型體系，通過先jin的薄膜制備技術獲得了高質量的外延薄膜。借助高角環形暗場掃描透射電子顯微鏡（HAADF-STEM）、壓電力顯微鏡（PFM）等多種表征手段，他們首先在室溫下觀察到了穩定的極性斯格明子。
圖1：PTO/STO超晶格中極性斯格明子的結構與觀測
研究的核心創新在于通過施加局域電場脈沖，驅使這些單一的斯格明子發生演化。實驗和相場模擬結果顯示，在電場作用下，斯格明子擴張、連接，最終形成一個由外層“包裹壁"和內部多個極性相反的斯格明子構成的“包"狀拓撲結構。
圖2：在帶電尖duan施加電勢下，斯格明子形成極性斯格明子包的過程
原位驗證與可逆操控：
為實際應用鋪平道路
為了在原子尺度上確認這一特殊結構，團隊利用澤攸科技的原位TEM測量系統進行了關鍵實驗。在透射電鏡內直接施加偏壓，原位STEM成像清晰地捕捉到了斯格明子包的完整形貌，直接證實了該拓撲結構的真實存在。
圖3：擦除和恢復斯格明子包狀態
更令人振奮的是，這種斯格明子包展現出良好的可逆操控性。通過改變電場的極性，可以實現斯格明子包的“擦除"（回到普通斯格明子態）和“重構"。更重要的是，通過精確調控電壓大小，可以連續改變斯格明子包內部包含的斯格明子數量，即調控其拓撲電荷。由于邊界和內部區域的導電特性差異，這種拓撲電荷的變化可以直接通過電學信號讀取。
圖4：斯格明子包的拓撲態與拓撲電荷隨電勢變化的相圖
未來展望：
高密度多態存儲的新范式
這項研究成功地將高階拓撲概念引入鐵電材料領域，實現了室溫下極性斯格明子包的電場可控操作。這意味著，一個存儲單元（一個斯格明子包）有望存儲多個比特的信息，從而實現存儲密度的數量級提升。同時，拓撲保護特性賦予了其優異的抗干擾能力和穩定性，加之電場操控的低能耗優勢，為突破傳統“內存墻"限制、發展存算一體新型架構提供了革命性的解決方案。
這項基礎研究的突破，不僅深化了我們對復雜拓撲物態的理解，更預示著后摩爾時代低功耗、高密度信息存儲技術的全新可能。