Se ha demostrado que la excitación intensa del infrarrojo medio es una poderosa herramienta para controlar las propiedades magnéticas, ferroeléctricas y superconductoras de materiales complejos. La fonética no lineal es clave para este fin, ya que desplaza átomos específicos lejos de sus posiciones de equilibrio para manipular interacciones microscópicas. Hasta ahora, se ha pensado que este efecto ocurre solo dentro del volumen ópticamente excitado. Ahora, investigadores en Hamburgo descubrieron que la inversión de la polarización en el niobato de litio ferroeléctrico (LiNbO₃ ) incluso ocurre en áreas muy alejadas del "golpe" directo de la luz. El fenómeno hasta ahora desconocido, llamado fonónica no lineal no local, ha sido publicado en Nature Physics .

Materiales ferroeléctricos como LiNbO₃ Poseen una polarización eléctrica estática generada por líneas de carga positiva y negativa que pueden ser conmutadas con un campo eléctrico. Esta propiedad única hace que estos materiales sean el componente básico de muchos componentes electrónicos modernos en teléfonos inteligentes, computadoras portátiles y dispositivos de imágenes por ultrasonido. El uso de luz láser para cambiar la polarización ferroeléctrica es un nuevo enfoque que permite procesos extremadamente rápidos, lo que sería un paso clave en el desarrollo de interruptores ópticos ultrarrápidos altamente eficientes para nuevos dispositivos.

Los investigadores del grupo de Andrea Cavalleri en el Instituto Max Planck para la Estructura y la Dinámica (MPSD) utilizaron pulsos de infrarrojo medio para excitar la superficie de un LiNbO₃ cristal, lanzando una fuerte vibración a lo largo de una región que abarca una profundidad de 3 micrómetros desde la superficie del cristal. Luego, utilizaron una técnica llamada dispersión Raman estimulada por femtosegundos para medir los cambios ultrarrápidos de la polarización ferroeléctrica en todo el espesor del cristal de 50 micrómetros. Las mediciones revelaron que los pulsos de luz con una densidad de energía muy alta hacen que la polarización ferroeléctrica se invierta en todo el cristal. Mediante el uso de métodos computacionales para simular los efectos de la fonética no lineal en LiNbO₃ , los autores encontraron que fuertes ondas de polarización llamadas polaritones emergen del pequeño volumen atravesado por el pulso de luz y se mueven a lo largo de la profundidad restante del cristal. Se cree que estas ondas de polaritón juegan un papel importante en la alteración de la polarización ferroeléctrica en todas las secciones del cristal que no son tocadas por el pulso de luz.

Los resultados informados por Henstridge et al. agregue una nueva y emocionante pieza al escurridizo rompecabezas de la ferroelectricidad ultrarrápida, cuya comprensión puede conducir a nuevos componentes de dispositivos, como interruptores ópticos sostenibles. En términos más generales, este trabajo abre una enorme pregunta sobre si los sistemas pasados ​​y futuros impulsados ​​por la fonética no lineal pueden exhibir un tipo similar de carácter no local. La capacidad de manipular propiedades funcionales a distancia podría expandir el ámbito de posibilidades para incorporar fonética no lineal en dispositivos integrados y otros materiales complejos, abriendo nuevas vías para controlar sistemas con luz. + Explora más

Cristal fotónico no lineal tridimensional natural