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学校快过生日了怎么办？送篇Nature！

来源：科学10分钟时间：2022-05-15 21:25:02 浏览：2792次

铁电体中的拓扑域由于其新颖的功能和在电子设备中的潜在应用而备受关注。然而，到目前为止，这种拓扑极性结构仅在氧化物衬底上生长的超晶格中观察到，这限制了它们在硅基电子产品中的应用。

2022年3月2日，南京大学吴迪，聂越峰及加州大学欧文分校Pan Xiaoqing共同通讯在Nature 在线发表题为“High-density switchable skyrmion-like polar nanodomains integrated on silicon”的研究论文，该研究报告了在转移到硅上的钛酸铅/钛酸锶双层中实现室温类skyrmion 极性纳米域。此外，外部电场可以将这些纳米域可逆地转换为另一种类型的极性纹理，这大大改变了它们的电阻行为。

极性配置调制电阻归因于两种极性纹理核心中明显的带弯曲和电荷载流子分布。在硅上集成高密度（每平方英寸超过 200 千兆比特）可切换的类skyrmion 极性纳米域可以使用氧化物中的拓扑极性结构实现非易失性存储器应用。

另外，2022年1月17日，南京大学谭海仁及加拿大多伦多大学Edward H. Sargent在Nature 在线发表题为“All-perovskite tandem solar cells with improved grain surface passivation”的研究论文，该研究开发了具有长扩散长度的铵阳离子钝化 Pb-Sn 钙钛矿，使子电池的吸收层厚度约为 1.2 μm。分子动力学模拟表明，广泛使用的苯乙基铵 (PEA) 阳离子在钙钛矿结晶温度下仅部分吸附在表面缺陷位点上。

预计使用 4-三氟甲基苯基铵 (CF3-PA) 可以增强钝化剂的吸附，其表现出比 PEA 更强的钙钛矿表面-钝化剂相互作用。通过在前驱体溶液中添加少量 CF3-PA，该研究将 Pb-Sn 钙钛矿内的载流子扩散长度增加了 2 倍，达到 5 μm 以上，并将 Pb-Sn 钙钛矿太阳能电池的效率提高到 22% 以上。该研究报告了全钙钛矿串联太阳能电池的认证效率为 26.4%，超过了性能最佳的单结钙钛矿太阳能电池。在环境条件下单日照度下，在最大功率点运行 600 小时后，封装的串联设备保持 >90% 的初始性能。

最近的发现表明，铁电极化可以形成复杂的拓扑结构，包括通量闭合域、涡旋、迷宫域、极性skyrmions、merons等。由于极化和电荷分布的不连续性，非均匀的极性纹理可能会产生与体域不同的新兴功能，并具有在下一代电子设备中的新应用潜力。例如，如果可以轻松读取和写入纳米级极性斯格明子阵列，将有望用于远高于每平方英寸太比特的超高密度记录。

来自 PFM 测量的 (PbTiO₃)₂₀/(SrTiO₃)₁₀ 双层中的高密度极性纳米域（图源自Nature ）

尽管有这些丰富的物理特性和有前景的潜在应用，但将这些拓扑纹理集成到基于硅的技术中仍然具有挑战性，因为它们主要在单晶氧化物衬底上生长的超晶格中观察到。

在这里，该研究展示了在转移到硅（PbTiO3，钛酸铅(PTO)；SrTiO3，钛酸锶）上的独立式(PbTiO3)20/(SrTiO3)10双层中的高密度（约 200 Gbit/平方英寸）类skyrmion 极性纳米域的观察(STO))。这些纳米域在外部电场下是可切换的，通过在两种极化结构之间可逆地切换极大地调制了电阻，为使用拓扑极性结构设计非易失性铁电存储器提供了一条途径。

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