我国学者在拓扑铁电材料超快动力学研究方面取得进展

　　在国家自然科学基金项目（批准号：52388201、52150092）等资助下，清华大学李千副教授与合作者在拓扑铁电材料超快动力学研究方向上取得新进展。相关研究成果以“宽温度范围内极性斯格明子集体动力学的太赫兹激发（Terahertz excitation of collective dynamics of polar skyrmions over a broad temperature range）”为题，于2025年10月3日在线发表于《自然·物理》（Nature Physics）。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41567-025-03056-8。

　　利用太赫兹脉冲对材料中的极化偶极子进行超快相干调控，以发现隐藏的物态并探索其在高速光电器件中的应用潜力，是当前量子材料研究领域的前沿方向。然而，传统光控物态方法通常依赖于材料中对温度敏感的软声子模式，其有效工作区间被局限于材料的相变温度附近。如何在更宽的温度范围内实现对材料极化状态的稳定、超快调控，是该领域面临的关键挑战。

　　针对上述挑战，清华大学李千副教授与合作者选取了(PbTiO₃)₁₆/(SrTiO₃)₁₆超晶格中的极性斯格明子作为模型体系，提出并验证了一种基于其本征集体动力学模式的超快调控新机制。研究发现，强场单周期太赫兹脉冲能够与斯格明子在亚太赫兹频段的集体模式中发生高效的共振耦合，从而相干地驱动体系进入一个瞬态的、具有宏观极化的隐藏极性相。为精确追踪这一皮秒尺度的动力学过程，团队首次将相位敏感的干涉式太赫兹场致二次谐波（iTFISH）探测技术应用于该拓扑材料体系，成功捕捉到了瞬态极化方向的多重翻转。尤为重要的是，得益于拓扑结构的本征保护特性，这种光诱导的瞬态极性相能够在4 K至470 K的超宽温度范围内稳定存在，突破了传统光控物态的温度限制。

　　该研究为实现宽温域、高鲁棒性的超快物态调控提供了全新的物理机制与技术路径，有望用于构筑高速、高稳定性的拓扑铁电材料光电子器件。

图 太赫兹脉冲激发下斯格明子的集体动力学模式与瞬态极性相。（a）通过太赫兹谐振激发集体振荡模式诱导瞬态极性相示意图；（b）斯格明子集体振荡模式的动力学相场模拟结果；（c）测试装置示意图；（d）瞬态二次谐波响应的理论模型；（e）干涉式太赫兹场致二次谐波（iTFISH）测量结果；（f）集体振荡模式的空间运动模式模拟结果；（g）斯格明子太赫兹动力学的温度稳定性