北京理工大学（珠海）空天信息学域智能原子制造与多域广谱探测团队教授黄厚兵、副教授王静在铁电拓扑结构研究领域取得重要进展，与清华大学南策文院士团队合作的研究成果General principle of ferroelectric topological domain formation于2025年6月18日正式发表在国际权威期刊Science Advances上。这一成果系统揭示了铁电材料中拓扑结构形成的一般性原理，首次提出“极化波叠加”作为铁电涡旋结构形成的本质机制。
该论文第一作者为王静、北京理工大学（珠海）助理教授高荣贞及北京理工大学博士生唐诗雨、董守哲，通讯作者为黄厚兵和南策文，伍伦贡大学教授张树君及多名北理工研究生与博士后参与研究。该研究得到国家自然科学基金基础科学中心项目、北京市自然科学基金、国家重点研发计划等多个项目的资助。
拓扑结构广泛存在于宇宙天体到原子尺度的系统中。铁电材料中的拓扑畴因其独特电学行为和器件潜力（如高密度存储器、拓扑电子器件）备受关注。但传统理论多依赖对材料体系或边界条件的经验设计，缺乏普适性。受波干涉现象启发，研究团队通过数学推导、相场模拟和压电力显微镜实验，发现两组正交极化波的叠加可自然形成涡旋/反涡旋结构，并给出铁电涡旋畴形成的定量数学表达。该“极化波叠加原理”不仅适用于BaTiO₃、Bi₂WO₆、BiFeO₃等不同相结构的典型铁电体中解释铁电涡旋的形成，还可以推广至多种已知的1D、2D、3D结构及预测新型拓扑结构。
图1. 通过畴壁相交进行铁电材料中的涡旋观测和分类。
图2. 铁电涡旋单元和2D、3D涡旋-反涡旋阵列的极化波叠加。
图3. 极化波叠加形成条纹畴和涡旋-非涡旋网络的相场模拟和实验观察。
图4. 极化波叠加原理扩展到1D, 2D, 3D拓扑结构
该工作揭示了一个跨材料系统通用的拓扑生成原理，为拓扑畴结构的构建和调控提供了理论依据，也为铁磁、液晶、超导体和超流体等领域的拓扑工程开辟了新路径。
