超短太赫兹脉冲使顺电性钛酸锶中产生了铁电相。
光不仅可以用来测试材料性能，还可以用于改变材料性能。例如，光可以影响材料的导电能力或磁状态下存储信息的能力。phys.org网站报道，《科学》杂志发文称，德国马克思普朗特结构与动力学研究所Andrea Cavalleri领导的研究小组利用太赫兹频率的光脉冲将非铁电材料（钛酸锶）转化为了铁电材料。
铁电性是指组成材料的晶格沿特定方向极化，形成宏观电极化的状态。铁电材料的反向极化性使铁电材料非常适合用于数字信息编码和处理技术。Cavalleri等发现的光诱导铁电体有望推动新一代高速器件的发展。
复杂材料之所以特殊，是因为它们的独特宏观性能是由多种相互竞争的“趋势”决定的：与传统化合物不同，复杂材料中的多种微观相互作用可能与多种宏观相有密切关系。趋势的相互竞争最终会导致处于非稳定平衡态的“妥协”现象。因此，使用适度的扰动（例如光照）就可能引起材料性质的根本变化。
超短太赫兹激光脉冲是一种非常有效的“光诱导”条件。它可以与晶格产生直接耦合，并在高速状态下使原子排列发生改变。此前，晶格振动的相干激发已被证明可以引起包括超导体在内的多种复杂材料的电性能或磁性排列发生变化。在Cavalleri等的最新研究中，他们首次证实了，铁电性并非只能发生在特定材料中，非铁电材料在光作用下也会进入铁电相。
钛酸锶（STO）在任何温度下都是顺电性物质。此前，研究人员从未在STO中观察到长期铁电性。通过超短太赫兹脉冲激光诱导STO中产生的激发振动，Cavalleri等首次发现其铁电性质和光响应特性。这种惊人的效应源于STO晶格的非线性性质。驱动声子将部分能量以压力的形式传递给固体，从而在受激区域内产生结构形变。在这种情况下，STO的“柔电”特性被激活，进而产生宏观极化现象。值得注意的是，光诱导态的寿命达到数小时，这表明STO过渡到了一种新的准稳定相。
论文第一作者Tobia Nova表示：“利用超高速光诱导-控制铁电材料的技术，有望为下一代高速设备奠定基础。铁电材料已经成为新开发器件的核心，铁电材料的自发极化使稳定的内存芯片或持续运行计算机具备可行性。此外，柔电性是常见的材料特性，因此我们开发的光诱导技术的应用范围远不止STO。”
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编译：雷鑫宇 审稿：alone 责编：唐林芳
期刊来源：《科学》 期刊编号：0036-8075
原文链接：
https://phys.org/news/2019-06-discovery-light-induced-ferroelectricity-strontium-titanate.html
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