看清量子“准铁电”材料中的纳米级电荷图案

本文通过低温扫描透射电子显微镜（冷冻STEM）技术，在低至20K的温度下，首次直接观测到典型量子顺电体钛酸锶（SrTiO₃）内部纳米尺度的极化结构演化过程。研究发现：当温度降至约105K（即反铁畸变相变温度T_AFD）时，材料中开始自发形成尺寸约20纳米的局部极化纳米畴，并进一步自组织成数十纳米尺度的周期性排列结构；然而，当温度继续降低至约40K（即量子顺电转变温度T_q）以下进入量子顺电态后，这一有序结构发生“反常退序”——周期性消失，纳米极化畴碎裂为更小、更无序的极化团簇，相关长度尺度从约20纳米减小至约14纳米。这一发现表明，SrTiO₃的量子顺电性并非完全没有极化，而是表现为一种随温度降低而发生的“再入式无序”（re-entrant disordering）：先有序、再失序。这种动态演变的纳米极化景观，可能正是其超高介电常数、临近铁电性、多铁性乃至掺杂后出现非常规超导等奇异物性的物理根源。研究还排除了样品制备引入的应变或缺氧等干扰因素，确认所观察到的现象是材料本征行为。