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NEWS INFORMATION
更新时间：2026-01-12
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随着大数据、人工智能等技术的快速发展，全qiou数据存储需求呈现爆炸式增长，传统存储技术逐渐面临密度与稳定性的双重瓶颈。在追求更高存储密度和更低能耗的道路上，拓扑学为新一代存储器提供了全新思路。其中，斯格明子作为一种具有拓扑保护的纳米结构，在磁性材料中已被广泛研究，并展现出构建“赛道存储器"的潜力。
然而，单个斯格明子仅能编码一个比特信息，且其排列密度受限，相邻斯格明子之间容易因相互作用导致数据丢失。在铁电材料中实现类似斯格明子的拓扑结构——极性斯格明子，并进一步构建更复杂的“斯格明子包"，一直面临重大挑战。主要原因在于铁电体系缺乏类似于磁性材料中的Dzyaloshinskii-Moriya相互作用，难以在室温下稳定多级拓扑态。
近日，由浙江大学、印度科学研究所等机构组成的研究团队取得重大突破，首chi在铁电/介电氧化物超晶格中实现了室温下极性斯格明子包的可控创建、演化和擦除。该研究成果于2025年11月11日发表在《Nature Communications》上，标题为“Harness of room-temperature polar skyrmion bag in oxide superlattice"。
实现突破的关键：
高质量材料与精准电场调控
研究团队以PbTiO₃/SrTiO₃（PTO/STO）氧化物超晶格为模型体系，通过先jin的薄膜制备技术获得了高质量的外延薄膜。借助高角环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）、压电力显微镜（PFM）等多种表征手段，他们首先在室温下观察到了稳定的极性斯格明子。
图1：PTO/STO超晶格中极性斯格明子的结构与观测
研究的核心创新在于通过施加局域电场脉冲，驱使这些单一的斯格明子发生演化。实验和相场模拟结果显示，在电场作用下，斯格明子扩张、连接，最终形成一个由外层“包裹壁"和内部多个极性相反的斯格明子构成的“包"状拓扑结构。
图2：在带电尖duan施加电势下，斯格明子形成极性斯格明子包的过程
原位验证与可逆操控：
为实际应用铺平道路
为了在原子尺度上确认这一特殊结构，团队利用泽攸科技的原位TEM测量系统进行了关键实验。在透射电镜内直接施加偏压，原位STEM成像清晰地捕捉到了斯格明子包的完整形貌，直接证实了该拓扑结构的真实存在。
图3：擦除和恢复斯格明子包状态
更令人振奋的是，这种斯格明子包展现出良好的可逆操控性。通过改变电场的极性，可以实现斯格明子包的“擦除"（回到普通斯格明子态）和“重构"。更重要的是，通过精确调控电压大小，可以连续改变斯格明子包内部包含的斯格明子数量，即调控其拓扑电荷。由于边界和内部区域的导电特性差异，这种拓扑电荷的变化可以直接通过电学信号读取。
图4：斯格明子包的拓扑态与拓扑电荷随电势变化的相图
未来展望：
高密度多态存储的新范式
这项研究成功地将高阶拓扑概念引入铁电材料领域，实现了室温下极性斯格明子包的电场可控操作。这意味着，一个存储单元（一个斯格明子包）有望存储多个比特的信息，从而实现存储密度的数量级提升。同时，拓扑保护特性赋予了其优异的抗干扰能力和稳定性，加之电场操控的低能耗优势，为突破传统“内存墙"限制、发展存算一体新型架构提供了革命性的解决方案。
这项基础研究的突破，不仅深化了我们对复杂拓扑物态的理解，更预示着后摩尔时代低功耗、高密度信息存储技术的全新可能。