极性拓扑结构因具有拓扑保护性和丰富的光、电功能特性，近年来在诸多领域吸引了广泛的关注。然而，受晶体对称性的约束，在无机材料中构建极化连续旋转的极性拓扑结构通常具有较大的技术挑战。相比之下，铁电向列相液晶由于兼具自发极化和灵活可调的极化取向，有利于极性拓扑结构的开发。然而，能否找到一种简便且普适的方法在液晶中构建和调控极性拓扑结构仍然是目前面临的主要挑战。

针对上述问题，清华大学材料学院马静副教授团队提出了一种普适的界面工程策略，通过协同调控表面张力和界面张力，在铁电向列相液晶中稳定了丰富的极性拓扑结构。结合理论计算和实验表征，研究人员证明了表面张力促使液晶分子趋向于高旋度、低散度的排列方式，而界面张力则促使液晶分子趋向于高散度、低旋度的排列方式。通过协同调控表面和界面条件，研究人员成功在液晶中构建了极性涡旋畴（Vortex）、离心涡旋畴（centrifugal vortex）以及中心发散畴（center-divergent），并实现了不同拓扑结构之间的可控转换。这项研究不仅为向列相液晶中极性拓扑畴的构建和调控开拓了新路径，并且对铁电向列相液晶在拓扑光学领域的应用具有重要的推动作用。

液晶液滴中拓扑畴转变的相场模拟。(a) 极化结构随液晶-基片界面锚定系数(WSL)和液晶-气体界面锚定系数(WLV)的演化规律，不同颜色区块对应双界面锚定协同作用下形成的特征性拓扑构型。(b) 典型极性拓扑畴构型示意图。

相关成果以“铁电向列相液晶中界面工程调控的极性拓扑畴”（Interface-Engineered Polar Topological Domains in Ferroelectric Nematic Liquid Crystals）为题，于4月14日在线发表于《先进材料》（Advanced materials）期刊上。

清华大学材料学院2021级博士生徐棕棋为论文第一作者，材料学院马静副教授为论文通讯作者。研究得到国家自然科学基金的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adma.202501395