La arquitectura de cristal único ferroeléctrico en vidrio es una nueva clase de metamateriales que permitirían la óptica integrada activa si el comportamiento ferroeléctrico se conserva dentro de los confines del vidrio. Demostramos utilizando cristales de niobato de litio fabricados en vidrio de niobosilicato de litio mediante irradiación con láser de femtosegundos que no solo se conserva ese comportamiento, los dominios ferroeléctricos se pueden diseñar con una polarización de CC. Se utiliza un microscopio de fuerza de respuesta piezoeléctrica para caracterizar el comportamiento piezoeléctrico y ferroeléctrico. La piezorespuesta se correlaciona con la orientación de la red cristalina como se esperaba para el cristal no confinado, y se revela una compleja estructura de dominio ferroeléctrico a micro y nanoescala de los cristales a medida que crecen. Crédito:Keith Veenhuizen, Sean McAnany, Rama Vasudevan, Daniel Nolan, Bruce Aitken, Stephen Jesse, Sergei V. Kalinin, Himanshu Jain y Volkmar Dierolf
Un equipo de investigadores de la Universidad de Lehigh, Laboratorio Nacional Oak Ridge, Lebanon Valley College y Corning Inc. han demostrado, por primera vez, que los cristales fabricados por láser dentro de una matriz de vidrio mantienen la funcionalidad ferroeléctrica completa.
"Esto incluye la capacidad de orientar e invertir la orientación uniforme de los dominios ferroeléctricos con un campo eléctrico, a pesar de que el cristal está fuertemente confinado por el cristal circundante, "dice Volkmar Dierolf, Presidente del Departamento de Física de la Universidad de Lehigh y uno de los científicos que trabajó en los experimentos que dieron como resultado estos hallazgos.
Dierolf, quien tiene una cita conjunta con el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de Lehigh, parte de la P.C. Rossin College of Engineering and Applied Science, es co-investigador principal en un proyecto financiado por la National Science Foundation (NSF), Cristal en vidrio junto con el investigador principal Himanshu Jain, Presidente Distinguido Diamond del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de Lehigh. El grupo se ha convertido en líder mundial en la producción de monocristales de vidrio mediante irradiación láser localizada.
El equipo realizó el primer examen detallado de las propiedades piezoeléctricas y ferroeléctricas de los cristales inducidos por láser confinados en vidrio. Descubrieron que los cristales a medida que crecían poseen una estructura compleja de dominio ferroeléctrico que puede manipularse mediante la aplicación de un sesgo de CC. Los hallazgos se publicarán en un próximo número de Comunicaciones MRS en un artículo llamado "Ingeniería de dominio ferroeléctrico del monocristal de niobato de litio confinado en vidrio".
"Los hallazgos abren la posibilidad de una nueva colección de dispositivos ópticos que utilizan cristales de vidrio fabricados con láser totalmente funcionales que se basan en el control preciso de la estructura del dominio ferroeléctrico del cristal, "dijo Keith Veenhuizen, actualmente profesor asistente, Departamento de Física de Lebanon Valley College y autor principal del artículo, que se basa en el trabajo que hizo como estudiante de posgrado en Lehigh.
Las aplicaciones de dicha tecnología incluyen el uso en la tecnología de fibra óptica moderna utilizada para la transmisión de datos.
"Ser capaz de integrar estas arquitecturas de cristal único funcionales dentro de un vidrio permite un acoplamiento de alta eficiencia a las redes de fibra de vidrio existentes, ", dice Dierolf." Estos enlaces de baja pérdida? que maximizan el rendimiento? son de particular importancia para los futuros sistemas de transferencia de información cuántica que se prevé que asuman los esquemas actuales de comunicación óptica, "añade Dierolf.
