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【InstrumentaçãoNotícias de Pesquisa e DesenvolvimentoRecentemente, a equipe do professor Zhang Guoqing da Faculdade de Ciências Físicas da Universidade de Nankai, juntamente com o professor Eugenio DelRe da Universidade de Roma, na Itália, o professor Beatriz Noheda da Universidade de Groningen, na Holanda, e a equipe do professor Aharon J. Agranat da Universidade Hebraica de Israel, descobriram uma rede tridimensional de ferroeletricidade formada por uma ruptura de simetria espontânea no ferrocristal de niobato de potássio de lítio (KTN: Li) e realizou sua regulação óptica local. O estudo revelou um novo mecanismo de formação topológica em ferrocristales de estado sólido, fornecendo novos sistemas de materiais para o desenvolvimento de armazenamento de fótons de alta robustez, processamento de informações e computação neuromorfológica com proteção topológica global. Os resultados foram publicados no jornal internacional Light: Science & Applications, intitulado “Spontaneous formation and optical manipulation of a woven domain fabric in a ferroelectric crystal” (Formação espontânea e manipulação óptica de um tecido de domínio tecido em um cristal ferroelétrico). A Universidade de Nankai foi a primeira unidade de conclusão da tese, e o primeiro autor da tese foi o professor da Faculdade de Ciências Físicas da Universidade de Nankai.
Os materiais ferroelétricos utilizam a distribuição espacial de polarização espontânea para codificar informações e são uma base importante para dispositivos de armazenamento ferroelétrico eletrônico e fotônico de alta eficiência. Seu estado de polarização pode ser lido, escrito e apagado por um campo de luz impulsionado, dando ao processo de armazenamento uma capacidade de manipulação óptica sem contato e reconstruível. Nos últimos anos, as estruturas de polarização topológica como o vortex ferroelétrico e o sigminônio receberam ampla atenção devido à proteção topológica. No entanto, a supergrade formada por tais estruturas ainda é essencialmente composta por unidades topológicas locais, cuja proteção topológica é limitada a unidades locais. Em contraste, sistemas complexos como a dupla espiral do DNA e as redes de fibras neurais na natureza, que se entrelaçam continuamente para formar redes que cobrem todo o sistema, têm estabilidade derivada da conectividade topológica global, em vez de unidades topológicas individuais, e, portanto, têm um alto nível de estabilidade, tolerância a erros e plasticidade estrutural. A combinação desse mecanismo de proteção topológica global com as propriedades ópticamente reguladas dos materiais ferroelétricos promete construir uma plataforma de armazenamento e processamento de informações fótonicas biônicas de alta estabilidade e reconstruível. No entanto, tais topologias tridimensionais, formadas por rupturas de simetria espontânea, não foram observadas anteriormente em ferrocristales de estado sólido.
A equipe descobriu que, durante a transição ferroelétrica de cristal KTN, quando a temperatura cai para cerca de 2 ° C abaixo da temperatura de Curie (19 ° C), a super grade ferroelétrica de categoria regular evolui espontaneamente para formar uma rede ferroelétrica tridimensional. Ao contrário das estruturas topológicas locais como o turbilhão ferroelétrico e o sigminônio, esta rede tecida é entrelaçada por categorias ferroelétricas contínuas e atravessa todo o sistema, com propriedades de proteção topológica global. Outros estudos descobriram que as relações entrelaçadas entre os diferentes nós cruzados são irregulares e dependem do histórico de formação da rede, dando-lhe a capacidade de codificar informações. Com base nesta característica, a equipe de pesquisa realizou o regulamento óptico local da rede ferroelétrica tridimensional, usando o campo de luz focado para reconstruir seletivamente a estrutura de tecido, alcançando a gravação óptica, a apagamento óptico e a reconstrução óptica de estados topológicos complexos. O mecanismo de proteção topológica global confere uma boa estabilidade à estrutura, enquanto a regulação óptica permite que diferentes estados topológicos sejam manipulados com flexibilidade, oferecendo novas formas de construir plataformas de armazenamento e processamento de informações fotônicas altamente robustas e reconstruíveis.
Os resultados da pesquisa acima ampliam as fronteiras de aplicação da topologia ferroelétrica no armazenamento e processamento de informações, alcançando a combinação de estabilidade topológica e reconstruibilidade óptica, fornecendo novos sistemas de materiais para o desenvolvimento de plataformas de armazenamento de informações fótonicas biônicas de alta estabilidade e reconstruibilidade e oferecendo novas possibilidades para o desenvolvimento de computação neuromorfológica e tecnologias de processamento de informações de baixo consumo de energia no futuro. O estudo foi financiado pelo Programa Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento e pelo Fundo Nacional de Ciências Naturais.
