Вихрь внутри кристалла
Кристалл титаната свинца похож на строй солдат, где каждый атом-солдат держит стрелку-диполь в одну сторону. Чтобы развернуть весь строй на 180 градусов, по старым расчётам нужно было столько энергии, что кристалл бы просто расплавился. Но в реальности такие кристаллы переключаются легко. Как это получается? Внутри рождается вихрь.
Вместо того чтобы все стрелочки поворачивались одновременно, вихрь закручивает их постепенно, слой за слоем. Каждая следующая стрелочка повёрнута чуть-чуть, поэтому электрические заряды на поверхности почти полностью компенсируются. Раньше думали, что без дефектов переключение невозможно, но вихрь работает даже в идеальном кристалле. Компьютерное моделирование показало, что этот вихрь устойчив, как узел на верёвке, и именно он позволяет материалу переключаться при небольшом напряжении. Такие кристаллы используют в энергонезависимой памяти, и теперь понятно, как улучшить их для будущих устройств.
Скирмионное ядро в 20-нм плёнке PbTiO3 имеет диаметр всего 3.2 нм, что сравнимо с размером нескольких элементарных ячеек, но его топологический заряд защищает текстуру от распада.
В романе Грега Игана «Лестница Шильда» топологические дефекты в вакууме управляют физическими законами; здесь топологический дефект в поляризации управляет переключением материала, что перекликается с идеей скрытых топологических состояний как организаторов динамики.