唐云龙，沈阳材料科学国家（联合）实验室固体原子像研究部，助理研究员。2008年毕业于四川大学生物医学工程专业。同年考入中国科学院金属研究所，于2014年获工学博士学位。2014年7月起任职于沈阳材料科学国家实验室。主要从事铁电薄膜的制备及铁电畴壁的超高分辨电子显微学研究。在包括Science, Acta Mater., Ultramicroscopy, Sci. Rep., J. Mater. Res.等国际学术期刊上发表论文11篇。
自1986年起，物理学家相继预测在一定的条件下铁电材料中可能出现通量全闭合结构并有望用于超高密度信息储器单元。尽管类似畴结构在铁磁材料中已获普遍认识，但经过近三十年的探索，在铁电材料中却一直没有得到实验证实。其主要困难在于铁电材料中通量全闭合结构必然导致巨大的晶格应变。如何突破铁电极化与晶格应变的相互制约，获得有望用于超高密度信息存储的结构单元，是当今铁电材料领域面临的一个重大基础性科学难题。结合应变工程调控薄膜制备与原子尺度电子显微术，唐云龙博士研究组在 PbTiO3铁电薄膜中发现了通量全闭合畴结构的原子构型特征及由顺时针和逆时针闭合结构交替排列所构成的大尺度周期性阵列；揭示了闭合结构核心处超大的应变梯度(109/m)以及整个闭合结构中巨大的长程弹性应变梯度(106/m)；在LGD理论框架下计算出闭合结构核心处目前最高量级弯电常数(10-10C-1m3)。该项工作改变了之前探求通量闭合铁电畴结构的研究思路，完善了通过失配应变调制铁电材料畴结构和物理特性的重要性和有效性，解决了铁电领域畴壁组态方面数十年来悬而未决的重大基础科学问题。同时，该项工作证实了巨大的弹性应变梯度可以通过多层膜的形式保存下来，实现相关物理性能的连续调控，为新型梯度功能材料的设计提供了新思路。
图1 (A)，(B) 铁电PbTiO3晶体的结构示意图；注意其中 O2-与Ti4+偏离对称中心的离子位移(δTi)，其方向与PbTiO3自发极化(Ps)取向相反。©典 型PbTiO3晶体沿[100]方向的原子分辨高角环形暗场(HAADF)像，可由离子位移(δTi)判断相应的自发极化取向(Ps)。 (D)应变调控下PbTiO3/SrTiO3多层结构的HAADF像；€基于显微图像的几何相位(GPA)应变分析，c畴的空 间分布成正弦曲线特征。(F)-(I)周期性闭合结构核心附近的原子结构图谱。所有单胞中的离子位移矢量组合在一起构成具有顺时 针和逆时针特征的两种通量全闭合结构。这两种闭合结构在薄膜中交替排列构成大尺度的周期性阵列。
图2：(A)-© 全闭合结构中应变和晶格刚性旋转的二维分布图。 (D), € 和 (F), (G) HAADF 图像与Ti4+ 离子位移矢量的叠加图，其中铁电位移矢量显示出明显的逆时针和顺时针闭合结构特征。
