铁电畴壁原子尺度结构信息对深入理解其传统的铁电压电性及认识其新颖畴壁电子学性能具有重要意义；然而，铁电畴壁为同质界面，普通的显微技术很难将其定位并揭示其原子尺度特征。近年来，像差校正透射电子显微学在铁电畴壁的研究领域展现出了巨大优势。利用该手段，人们取得了大量原子尺度的铁电畴壁研究成果，大大加深了我们对铁电材料的认识。其中重要的一个方面便是对非常规铁电畴壁的研究，如荷电铁电畴壁。这种类型的铁电畴壁对畴壁电导等性能的影响十分巨大，调控其组态并研究相关的性能控制机制对实现新型畴壁电子学性能的应用具有重要引导作用。在该研究工作中，利用像差校正透射电子显微学方法，我们在PbTiO₃/SrTiO₃多层膜中发现了一类新型的90°荷电铁电畴壁，并对其原子结构细节进行了深入的研究。

图1：铁电PbTiO₃中电偶极矩的原子尺度HAADF-STEM成像。(a) PbTiO₃中 180º 铁电畴壁；插图示意畴壁两边的单胞及相应的铁电离子位移：Ti⁴⁺ (红色圆) 相对于 Pb²⁺ (黄色圆)的铁电离子位移；该位移与相应PbTiO₃单胞的自发极化方向(Ps，黄色箭头)相反。(b) 单胞尺度的-Ti4+离子位移矢量图。(c) 180º畴壁的二维晶格旋转图。(d) 单胞尺度的-Ti4+离子位移二维分布图。这些原子尺度的应变与铁电畸变信息使得对新型铁电畴壁的探索得以实现。

图2：铁电PbTiO₃薄膜中新型90º荷电铁电畴壁的原子尺度HAADF-STEM成像。蓝色点划线示意正常90º铁电畴壁，红色点划线示意荷负电90º铁电畴壁。插图示意相应铁电畴内铁电电偶极矩的放大像；由图1可知，畴A与畴B在红色点划线附近形成了‘尾尾相对’的电偶极子构型，即为荷负电90º铁电畴壁。

图3：新型90º荷电铁电畴壁附近的单胞尺度的-Ti⁴⁺离子位移矢量图。畴A与畴B 之间‘尾尾相对’的电偶极子构型清晰可见。