08,12,2026 3Ansichten
【GeräteForschungs- und EntwicklungsnachrichtenVor kurzem hat das Team von Professor Zhang Guoqing an der Fakultät für Physikalische Wissenschaften der Nankai University gemeinsam mit Professor Eugenio DelRe an der Universität von Rom in Italien, Professor Beatriz Noheda an der Universität von Groningen in den Niederlanden und dem Team von Professor Aharon J. Agranat an der hebräischen Universität in Israel ein dreidimensionales ferroelektrisches Gewebenetz in den Lithium-Tantal-Niobat-Ferrokristallen (KTN: Li) entdeckt, das durch spontane Symmetriebrüche gebildet wird, und seine lokale optische Regulierung erreicht. Die Studie enthüllt einen neuen topologischen Mechanismus für die Bildung von Festkörpern und bietet neue Materialsysteme für die Entwicklung hochrobuster Photonenspeicher, Informationsverarbeitung und neuromorphologischer Berechnung mit globalem topologischem Schutz. Die Ergebnisse wurden unter dem Titel „Spontaneous formation and optical manipulation of a woven domain fabric in a ferroelectric crystal“ in der internationalen Fachzeitschrift „Light: Science & Applications“ veröffentlicht. Die Universität von Nankai war die erste Abhandlungseinheit, und der erste Autor der Abhandlung war Simphiphis, Lehrer der Fakultät für Physikalische Wissenschaften der Universität von Nankai.
Ferroelektrische Materialien koden Informationen durch spontane Polarisierung der räumlichen Verteilung und sind eine wichtige Grundlage für effiziente elektronische und photonische ferroelektrische Speichergeräte. Der polarisierte Zustand kann durch Lichtfeldantrieb gelesen, geschrieben und gelöscht werden, wodurch der Speicherprozess berührungslos und rekonstruierbar ist. In den letzten Jahren wurden topologische Polarisationsstrukturen wie Eisenwirbeln und Sigminzonen wegen topologischen Schutzes weit verbreitet. Jedoch besteht das Superkristall-Gitter, das sich aus solchen Strukturen bildet, im Wesentlichen immer noch aus lokalen topologischen Einheiten, deren topologischer Schutz auf die einzelnen lokalen Einheiten beschränkt ist. Im Gegensatz dazu bilden komplexe Systeme wie DNA-Doppelspiralen und neuronale Fasernetzwerke in der Natur durch kontinuierliche Vernetzung Netzwerke, die das gesamte System abdecken, deren Stabilität aus der gesamten topologischen Konnektivität und nicht aus einzelnen topologischen Einheiten stammt und somit ein hohes Maß an Stabilität, Fehlertoleranz und struktureller Plastizität hat. Die Kombination dieses globalen topologischen Schutzmechanismus mit den optisch regulierbaren Eigenschaften von ferroelektrischen Materialien verspricht den Aufbau einer hochstabilen und rekonstruierbaren Plattform für die Speicherung und Verarbeitung von bionischen Photonen. Eine solche dreidimensionale Gewebetopologie, die sich aus spontanen Symmetriebrüchen bildet, wurde jedoch bisher nicht in festen Eisenkristallen beobachtet.
Das Team stellte fest, dass während der KTN-Kristallferrophase, wenn die Temperatur auf etwa 2 ° C unter der Curie-Temperatur (19 ° C) sinkt, sich das regelmäßig angeordnete ferroelektrische Superkristall spontan zu dreidimensionalen ferroelektrischen Webnetzen entwickelt. Im Gegensatz zu lokalen Topologien wie Eisenwirbeln und Sigminzonen besteht dieses Webnetz aus kontinuierlichen Eisenkategorien, die sich miteinander verflochten und das gesamte System durchlaufen, mit globalen topologischen Schutzeigenschaften. Weitere Untersuchungen ergaben, dass Webnetze unregelmäßige Vernetzungen an verschiedenen Kreuzungsknoten aufweisen und auf die Bildungsgeschichte des Netzwerks angewiesen sind, was ihnen die Fähigkeit zur Informationscodierung verleiht. Auf der Grundlage dieser Eigenschaft hat das Forschungsteam die lokale optische Regulierung des dreidimensionalen ferroelektrischen Webnetzes realisiert, indem das fokussierte Lichtfeld zur selektiven Rekonstruktion der Webstruktur verwendet wird, um Lichtschreiben, Lichtlöschen und Lichtrekonstruktion in komplexen topologischen Zuständen zu erreichen. Der globale topologische Schutzmechanismus gewährt der Struktur eine gute Stabilität, während die optische Regulierung es ermöglicht, verschiedene topologische Zustände flexibel zu manipulieren, was neue Möglichkeiten für den Aufbau robuster, rekonstruierbarer photonischer Informationsspeicher- und Informationsverarbeitungsplattformen bietet.
Diese Forschungsergebnisse erweitern die Anwendungsgrenzen der ferroelektrischen Topologie im Bereich der Informationsspeicherung und -verarbeitung, ermöglichen die Kombination von topologischer Stabilität und optischer Rekonstruktionsfähigkeit, bieten ein neues Materialsystem für die Entwicklung einer hochstabilen und rekonstruierbaren bionischen Photonen-Informationsspeicherplattform und eröffnen neue Möglichkeiten für die Entwicklung zukünftiger neuromorphologischer Computing- und energiearmer Informationsverarbeitungstechnologien. Die Forschung wurde von Projekten wie dem Nationalen Forschungs- und Entwicklungsprogramm und dem Nationalen Naturwissenschaftlichen Fonds finanziert.
