Intenzívna stredná infračervená excitácia sa ukázala ako výkonný nástroj na riadenie magnetických, feroelektrických a supravodivých vlastností zložitých materiálov. Nelineárna fononika je kľúčom k tomuto cieľu, pretože vytláča špecifické atómy z ich rovnovážnych polôh, aby manipulovala s mikroskopickými interakciami. Doteraz sa predpokladalo, že k tomuto efektu dochádza iba v rámci opticky excitovaného objemu. Teraz výskumníci v Hamburgu zistili, že k prepólovaniu vo feroelektrickom niobite lítnom (LiNbO3) dochádza dokonca aj v oblastiach, ktoré sú ďaleko od priameho „zásahu“ svetla. Doteraz neznámy jav – nazývaný nelokálna nelineárna fononika – bol publikovaný v Nature Physics.

Feroelektrické materiály, ako je LiNbO3, majú statickú elektrickú polarizáciu generovanú čiarami kladného a záporného náboja, ktoré je možné prepínať elektrickým poľom. Táto jedinečná vlastnosť robí z týchto materiálov základný stavebný kameň mnohých moderných elektronických komponentov v smartfónoch, notebookoch a ultrazvukových zobrazovacích zariadeniach. Použitie laserového svetla na zmenu feroelektrickej polarizácie je nový prístup, ktorý umožňuje extrémne rýchle procesy, ktoré by boli kľúčovým krokom vo vývoji vysoko účinných ultra rýchlych optických prepínačov pre nové zariadenia.

Výskumníci zo skupiny Andrea Cavalleriho v Inštitúte Maxa Plancka pre štruktúru a dynamiku (MPSD) použili stredné infračervené impulzy na excitáciu povrchu kryštálu LiNbO3, čím spustili silné vibrácie v celej oblasti, ktorá sa rozprestiera v hĺbke 3 mikrometrov od povrchu kryštálu. Potom použili techniku ​​nazývanú femtosekundovo stimulovaný Ramanov rozptyl na meranie ultrarýchlych zmien feroelektrickej polarizácie v celej hrúbke kryštálu s hrúbkou 50 mikrometrov.

Merania odhalili, že svetelné impulzy s veľmi vysokou hustotou energie spôsobujú obrátenie feroelektrickej polarizácie v celom kryštáli. Použitím výpočtových metód na simuláciu účinkov nelineárnej fononiky v LiNbO3 autori zistili, že silné polarizačné vlny nazývané polaritóny vychádzajú z malého objemu, ktorým prechádza svetelný impulz, a pohybujú sa v zostávajúcej hĺbke kryštálu. Predpokladá sa, že tieto polaritónové vlny zohrávajú významnú úlohu pri zmene feroelektrickej polarizácie v častiach kryštálu, ktoré sú nedotknuté svetelným impulzom.

Výsledky uvádzané Henstridgeom a kol. pridávajú vzrušujúci nový kúsok do nepolapiteľnej skladačky ultra rýchlej feroelektriky, ktorej pochopenie môže viesť k novým komponentom zariadení, ako sú udržateľné optické prepínače. V širšom zmysle táto práca otvára obrovskú otázku, či minulé a budúce systémy riadené nelineárnou fononikou môžu vykazovať podobný typ nelokálneho charakteru. Schopnosť manipulovať s funkčnými vlastnosťami na diaľku by mohla rozšíriť oblasť možností začlenenia nelineárnej fononiky do integrovaných zariadení a iných zložitých materiálov, čím by sa otvorili nové cesty na ovládanie systémov svetlom.

Zdroj: nano-magazine.com