滑动铁电与边缘极化拓扑的耦合效应在氮化硼莫尔体系中的发现

本期推荐：研究团队通过压电力显微镜（PFM）技术揭示了扭曲六方氮化硼（t-BN）莫尔超晶格中独特的边缘极化拓扑结构。该工作首次实验观测到三角形莫尔畴中心的反平行滑动铁电极化与边界处非平庸的涡旋极化拓扑共存现象，结合深度势能（DP-JAX）模型阐明其源于滑动铁电性与压电效应的协同作用，为设计基于拓扑保护的耐扰动电子器件提供了新思路。

　　在二维材料研究领域，范德瓦尔斯（vdW）异质结构因其可调控的量子特性成为近年来的研究热点。其中，通过控制层间扭转角产生的莫尔超晶格展现出丰富的物理现象，如超导、反常霍尔效应等。然而，在非极性材料基质中实现稳定的铁电拓扑结构仍面临重大挑战，特别是当扭转角低于"魔角"（<1.05°）时，其微观极化机制尚不明确。

华东师范大学的研究团队在《Nature Communications》发表重要成果，通过创新性的实验与理论相结合方法，揭示了扭曲六方氮化硼（t-BN）体系中滑动铁电与边缘极化拓扑的耦合效应。该研究不仅首次在原子尺度观测到莫尔系统中复杂的极化网络，更阐明了其物理起源，为开发新型拓扑电子器件奠定了基础。

关键技术方法包括：采用撕裂-堆叠法制备3 nm厚t-BN样品；运用压电力显微镜（PFM）进行垂直（V-PFM）和横向（L-PFM）极化表征，结合正交相位差分干涉（QPDI）技术消除静电伪影；开发深度势能-机器学习（DP-JAX）模型预测局部偶极分布；通过第一性原理计算验证压电极化机制。

研究结果：

1. 原子重构与极化特征：通过原子分辨率成像观察到t-BN中550-820 nm的三角形莫尔畴，边缘宽度约100 nm。L-PFM显示相邻三角形边缘存在180°相位差，证实反平行面内（IP）极化分布，形成类似meron-antimeron的拓扑网络。

2. 边缘极化拓扑：V-PFM揭示边缘区域分裂为两个具有相反面外（OOP）极化的亚区（相位差180°），与中心区域共同构成"Bloch型"畴壁结构。这种OOP极化呈现"下-上-下-上"的罕见过渡模式，振幅响应强度比中心区域高30%。

3. 物理机制解析：DP-JAX模型显示滑动铁电性主导三角形畴中心极化（AB/BA堆叠产生2.06×10^-12 C/m垂直极化），而边缘SP区域的高应变（通过DFT计算获得ε₁₁=0.99°时的6.0 ?截止半径）诱发压电效应，产生局部电荷重分布（ρ_piezo=-?·P公式计算），最终形成边缘OOP极化。

4. 稳定性验证：施加±1.5V电场后，AA堆叠区保持稳定（变化<5%），而AB/BA畴发生可逆形变，证实拓扑核心的抗扰动性。第一性原理分子动力学（AIMD）模拟显示300K下原子位移模式不受电场影响。

结论与意义：
该研究首次在实验上证实了莫尔系统中滑动铁电性与压电效应协同作用产生的复合极化拓扑。其创新性体现在三个方面：（1）发现边缘极化强度比传统铁电体中心区域更高，打破常规认知；（2）提出"压电-滑动铁电"耦合机制，解释DP模型未能预测的边缘极化现象；（3）证实拓扑结构在电场下的鲁棒性，为开发耐扰动存储器提供新思路。这项工作不仅为理解vdW材料中的非常规铁电性开辟新途径，更通过建立"原子重构-应变场-极化拓扑"的完整关联，为设计基于极化拓扑的量子器件提供了理论框架。