Ferroelectric solitons crafted in epitaxial bismuth ferrite superlattices

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作者
Vivasha Govinden,Peiran Tong,Xiangwei Guo,Qi Zhang,Sukriti Mantri,Mohammad Moein Seyfouri,Sergei Prokhorenko,Yousra Nahas,Yongjun Wu,L. Bellaïche,Tulai Sun,He Tian,Zijian Hong,Nagarajan Valanoor,Daniel Sando
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:14 (1) 被引量:2
标识
DOI:10.1038/s41467-023-39841-3
摘要

In ferroelectrics, complex interactions among various degrees of freedom enable the condensation of topologically protected polarization textures. Known as ferroelectric solitons, these particle-like structures represent a new class of materials with promise for beyond-CMOS technologies due to their ultrafine size and sensitivity to external stimuli. Such polarization textures have scarcely been demonstrated in multiferroics. Here, we present evidence for ferroelectric solitons in (BiFeO3)/(SrTiO3) superlattices. High-resolution piezoresponse force microscopy and Cs-corrected high-angle annular dark-field scanning transmission electron microscopy reveal a zoo of topologies, and polarization displacement mapping of planar specimens reveals center-convergent/divergent topological defects as small as 3 nm. Phase-field simulations verify that some of these structures can be classed as bimerons with a topological charge of ±1, and first-principles-based effective Hamiltonian computations show that the coexistence of such structures can lead to non-integer topological charges, a first observation in a BiFeO3-based system. Our results open new opportunities in multiferroic topotronics.

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