多铁材料由于其丰富的电磁耦合特性和复杂的畴结构而引发了诸多的关注。单相多铁六方锰氧化物是一类重要的单相多铁材料，在单一的材料体系中就能实现铁电和（反）铁磁性的耦合。这里主要研究以YMnO3为代表的单相多铁材料，由于对称性限制，该材料中仅存在六瓣畴结构。近期，清华大学朱静教授课题组联合美国布鲁克海文国家实验室Yimei Zhu教授课题组，利用球差校正的扫描透射电子显微镜技术在该材料中发现了非六瓣的畴结构，不全刃位错的引入会打破材料结构本身的拓扑保护。
本工作系统的阐述了两种拓扑缺陷（拓扑涡旋畴和不全刃位错）之间的相互耦合机理，成功观察到了多种非六瓣的畴结构，尤其是观察到了高能量态的八瓣畴结构，给出了涡旋核心的原子构型，并且结合同伦群理论预测了三种新的拓扑畴态。不全刃位错会对材料的相位分布产生影响，从而使得材料原本互锁的铁电畴和反铁磁畴解锁。原本二维分布的序参量空间不足以解释实验中观察到的现象，本工作创造性地将序参量空间拓展到三维，能够描述实验结果，并且新的序参量空间可以用同伦群理论进行准确的描述。利用朗道理论，也发现非六瓣畴的存在在能量上也是稳定的。
本工作的结论会对原本二维拓扑空间的六瓣畴密铺结构产生挑战，对研究不同拓扑结构中的耦合作用提供了新的思路。该工作发表在物理评论快报上（Phys. Rev. Lett），也被选为当期PRL的封面文章。
该工作是清华大学和美国布鲁克海文国家实验室，沙特阿拉伯阿普杜拉国王大学，北京师范大学合作完成。论文的第一作者为材料学院博士研究生程少博和阿普杜拉国王大学李俊博士，通讯作者为朱静教授和Yimei Zhu教授（美国布鲁克海文国家实验室）。
该课题得到国家自然科学基金，国家973项目的支持。(来源：清华大学材料学院)
