在国家自然科学基金项目（批准号：21991142，21831004，21975114，11904151）等资助下，熊仁根研究团队首次在有机-无机杂化钙钛矿铁电体中观测到“涡旋-反涡旋”拓扑畴结构。相关研究成果以“二维铅碘钙钛矿铁电体中观测到涡旋畴（Observation of Vortex Domains in a Two-Dimensional Lead Iodine Perovskite Ferroelectric）”为题，于2020年2月13日发表在《美国化学会会志》（Journal of the American Chemical Society）上，并入选“ACS编辑选荐（ACS Editors' Choice）”。论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c00371。
图.室温下(4,4-DFPD)2PbI4的晶体堆积结构、(4,4-DFPD)2PbI4薄膜中涡旋畴的压电力显微镜振幅图和相位图、(4,4-DFPD)2PbI4单晶样品沿c极轴的铁电滞回线（373 K）
涡旋畴结构是一种特殊的拓扑形态。在涡旋畴结构中，电偶极矩空间局域成闭合通量，使该区域尤其是畴壁处具有丰富的物理性质，因此，涡旋畴结构在铁电存储器、铁电超导器件和铁电场效应晶体管等器件上有着广泛的应用前景。目前对涡旋畴结构的研究大多基于无机铁电材料，而在有机-无机杂化钙钛矿铁电体中还未被观测到。
研究团队采用通过“托氟效应”改性策略，将非铁电体三碘合铅酸哌啶盐 ((PD)PbI3)中氢原子用氟原子取代，成功合成了二氟基取代的有机-无机杂化钙钛矿铁电体((4,4-DFPD)2PbI4)。研究表明，该材料的薄膜中广泛存在着由8个次级畴合并而成的8重态拓扑畴结构，在拓扑畴结构中存在对称性允许的4种极化态。其中，同一个象限中两个次级畴的极化方向相反，呈180˚角，而相邻象限中次级畴的极化方向的夹角为90˚。因此，该区域的极化在顺时针方向存在一个+2π旋转，在逆时针方向存在一个-2π旋转，即形成了“涡旋-反涡旋”的极化分布结构。涡旋畴结构的形成，源自于(4,4-DFPD)2PbI4的对称性、薄膜尺寸和边界条件的限域效应，是体系总自由能最小值的结果。(4,4-DFPD)2PbI4具有特殊的畴结构、稳定性好，是一种综合性能优异的分子基铁电体，在半导体发光器件、太阳能电池等器件领域有着广阔的应用前景。