北京理工大学、清华大学研究团队在极化所罗门拓扑畴方面取得重要进展

所罗门链/环以所罗门王的名字命名，有着深厚的历史渊源，被广泛用于古代建筑和服装的装饰。所罗门环由两部分(红环和蓝环)组成，形成四个交叉点，在数学上被描述为4₁²链，是数学扭结理论中的拓扑结构之一。近年来，这种基于纽结理论的拓扑结构在自然界或人工构建的结构中被广泛观察到，例如，在生物/化学分子、液晶、量子物质等，有三叶结、霍普夫链、所罗门环等。

在该工作中，研究学者通过压电力显微镜，在自组装BiFeO3纳米晶中观察到了具有4₁²结构的极化所罗门拓扑畴结构。该结构由两个三维涡旋环组成，其一为R₁^-→R₄⁺→R₃^-→R₂⁺的涡旋，另一为R₁⁺→R₄^-→R₃⁺→R₂^-的涡旋。两种涡旋相互扭抱，且在三维空间共有四个交点。

通过相场模拟分析，研究学者表征了极化所罗门环的拓扑特性。通过计算纳米岛各层中畴结构的三维极化分布，验证了纳米岛极化所罗门环的存在，并通过计算极化缠绕数验证其拓扑特性。

在此基础上，研究者通过电场调控，使BiFeO3纳米晶发生从极化所罗门环到中心型发散、收敛四瓣畴结构的可逆拓扑畴相转变。

研究者探究了极化所罗门环与中心型拓扑畴结构对太赫兹红外光吸收性能的差别，并通过电场调控纳米晶的红外吸收性能。通过纳米红外方法表征两种拓扑畴结构对太赫兹红外波的吸收情况，发现所罗门环结构对红外光的吸收能力低于中心型拓扑畴。随后通过外加电场调控BiFeO₃纳米晶阵列畴结构类型，在纳米红外吸收图像中显示出”BIT”字样，可以用于纳米级分辨率的红外显示器。