Umschaltbare topologische polare Texturen in freistehenden ultradünnen ferroelektrischen Oxiden

Das sich rasch erweiternde Gebiet der zweidimensionalen Materialien wurde kürzlich auf freistehende komplexe Oxide ausgeweitet und eröffnet neue Möglichkeiten für das nanoskalige ferroische Design. Mithilfe von atomistischen Simulationen auf Basis erster Prinzipien zeigen wir, dass ultradünne freistehende ferroelektrische Schichten eine vielfältige Landschaft polarer Zustände beherbergen. Oberhalb einer kritischen Dicke stabilisiert die elektrostatische Einschließung ein Wirbel-Labyrinth-Regime mit flüssigkeitsähnlichen außerbündigen Domänen und langreichweitiger orientierungsbezogener Ordnung, das sich beim Abkühlen in zwei nahezu entartete topologische Konfigurationen entwickelt: eine Wellen-Helix-Textur und eine chirale Blasenphase. Bemerkenswerterweise werden diese Zustände deterministisch und reversibel durch statische und THz-Elektrofelder ineinander umgewandelt, was eine ultraschnelle elektrische Steuerung topologischer Zustände ermöglicht. Die geringe Energie-Trennung zwischen den beiden Phasen schafft eine programmierbare Energielandschaft und etabliert freistehende ferroelektrische Nanolagen als rekonfigurierbare Plattformen für topologische Nanoelektronik ohne strukturelles Verdrehen oder Schnittstellen-Engineering.