Muchas investigaciones recientes se han centrado en los materiales "topológicos", un curioso tipo de sólidos que se salen de la clasificación estándar de aislantes y conductores. Mientras que su masa es aislante, estas fases se caracterizan por canales conductores de la electricidad que apa ... más
Un mando a distancia para materiales funcionales
Nueva pieza en el elusivo rompecabezas de la ferroelectricidad ultrarrápida
Cuando los pulsos láser del infrarrojo medio inciden en ciertos materiales complejos, sus propiedades fundamentales pueden cambiar de forma sorprendente. Pueden volverse magnéticos, ferroeléctricos o empezar a transportar corrientes eléctricas sin ninguna resistencia. Un ingrediente clave de estos fenómenos es la excitación eficaz de los movimientos atómicos colectivos de los sólidos, conocidos como fonones. Normalmente, los átomos alineados periódicamente de la red cristalina vibran sólo alrededor de sus posiciones de equilibrio. Sin embargo, en el caso de campos de excitación muy intensos, lo harán con amplitudes colosales, con la consecuencia de desplazar ciertos átomos fuera de sus posiciones de equilibrio y cambiar así la funcionalidad electrónica o magnética. Este fenómeno se conoce como fonónica no lineal.
Hasta ahora, se pensaba que la fonónica no lineal sólo se producía dentro de la pequeña región del cristal en la que está presente el pulso de luz infrarroja media. Ahora, investigadores de Hamburgo han descubierto que la polarización ferroeléctrica del niobato de litio (LiNbO3) cambia incluso en zonas muy alejadas del "impacto" directo del pulso láser, y que la inversión de la polarización se produce en todo el cristal. El estudio del equipo sobre este fenómeno hasta ahora desconocido, denominado fonética no lineal no local, se ha publicado en Nature Physics.
Los materiales ferroeléctricos como el LiNbO3 poseen una polarización eléctrica estática generada por líneas de carga positiva y negativa que pueden conmutarse con un campo eléctrico. Esta propiedad única convierte a estos materiales en el elemento básico de muchos componentes electrónicos modernos en teléfonos inteligentes, ordenadores portátiles y dispositivos de imagen por ultrasonidos. El uso de la luz láser para cambiar la polarización ferroeléctrica es un nuevo enfoque que permite realizar procesos extremadamente rápidos, lo que supondría un paso clave en el desarrollo de interruptores ópticos ultrarrápidos de gran eficacia 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 cristal de LiNbO3, lanzando una fuerte vibración a través de una región que abarca una profundidad de 3 micrómetros desde la superficie del cristal. A continuación, utilizaron una técnica denominada dispersión Raman estimulada de 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. Utilizando métodos computacionales para simular los efectos de la fonónica no lineal en el LiNbO3, los autores descubrieron que en el pequeño volumen atravesado por el pulso de luz surgen fuertes ondas de polarización llamadas polaritones que se desplazan por el resto de la profundidad del cristal. Se cree que estas ondas de polaritones desempeñan 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 presentados por Henstridge et al. añaden una nueva y emocionante pieza al esquivo rompecabezas de la ferroelectricidad ultrarrápida, cuya comprensión puede conducir a nuevos componentes de dispositivos como los interruptores ópticos sostenibles. En términos más generales, este trabajo abre un enorme interrogante sobre si los sistemas pasados y futuros impulsados por la fonónica no lineal pueden exhibir un tipo similar de carácter no local . La capacidad de manipular las propiedades funcionales a distancia podría ampliar el abanico de posibilidades para incorporar la fonónica no lineal en dispositivos integrados y otros materiales complejos, abriendo nuevas vías para controlar los sistemas con luz.
Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie
- polarización
- ferroelectricidad
- ferroelectricidad
-
Noticias
Por qué las cavidades ópticas frenan la velocidad de las reacciones químicas
Los procesos químicos nos rodean. Desde nuevos materiales hasta medicamentos o productos plásticos más eficaces, las reacciones químicas desempeñan un papel fundamental en el diseño de las cosas que usamos a diario. Los científicos buscan constantemente mejores formas de controlar estas rea ... más
Un equipo internacional de investigación dirigido por el Departamento de Materia Cuántica Microestructurada del MPSD informa de la primera observación de transporte quiral conmutable en un cristal estructuralmente aciral, el superconductor Kagome CsV₃Sb₅. Su trabajo se ha publicado en Natur ... más
-
Noticias
Creación de objetos 3D con sonido
Científicos del Laboratorio de Micro, Nano y Sistemas Moleculares del Instituto Max Planck de Investigación Médica y del Instituto de Ingeniería de Sistemas Moleculares y Materiales Avanzados de la Universidad de Heidelberg han creado una nueva tecnología para ensamblar materia en 3D. Su co ... más
Truco económico para reciclar plástico bacteriano
Científicos del Instituto Max Planck de Marburgo han desarrollado una ruta más eficaz y respetuosa con el dióxido de carbono para reciclar el etilenglicol, un componente del plástico PET. Mejoraron el metabolismo de la bacteria Pseudomonas putida con una nueva ruta tomada de los microbios m ... más
Acero fino: resistente y seguro
Los desarrolladores de aceros han tenido que elegir hasta ahora: O bien aumentan la resistencia a la tracción del material y suelen aceptar que su material se vuelva relativamente quebradizo. O se basan en que el acero puede estirarse mucho y absorber así mucha energía en un accidente, por ... más
- 1Las perovskitas, una alternativa "baratísima" al silicio, ahora son mucho más eficientes
- 2Combustibles solares de nueva generación: cómo un catalizador de cobre que bate récords convierte el CO₂ en combustibles líquidos
- 3Rompiendo el amoníaco: Un nuevo catalizador para generar hidrógeno a partir de amoníaco a bajas temperaturas
- 4Química cuántica: Moléculas atrapadas por efecto túnel
- 5El papel higiénico es una fuente inesperada de PFAS en las aguas residuales
- 6Cómo pueden influir los nanoplásticos en el metabolismo
- 7Los rayos y las descargas subvisibles producen moléculas que limpian la atmósfera
- 8Nueva protección anticorrosión que se repara sola
- 9Un nuevo catalizador facilita el reciclado y la biodegradación de los plásticos de un solo uso.
- 10Tsunami en un vaso de agua
- Hidrógeno verde: cómo la separación fotoelectroquímica del agua puede llegar ...
- ¿Cómo queremos calentar nuestros hogares en el futuro?
- En busca del "santo grial": investigadores observan iones de litio en tiempo ...
- Memoria de forma para objetos nanométricos
- Un avance en el procesamiento de macrodatos ayuda a rastrear sustancias quím ...
- Hidrógeno verde: cómo la separación fotoelectroquímica del agua puede llegar a ser competitiva
- ¿Cómo queremos calentar nuestros hogares en el futuro?
- 225 millones de euros para start-ups de la Sociedad Max Planck
- ALTANA alcanza por primera vez unas ventas de más de 3.000 millones de euros en 2022
- ¿Estalactitas y estalagmitas en la batería?