Ferroelectricidad metastable en el SrTiO con tensión óptica

Área de la Ciencia:

• Física de la materia condensada
• Ciencias de los materiales
• Paraelectricidad cuántica

Sus antecedentes:

• Los órdenes fluctuantes en sólidos a menudo preceden a las fases de simetría rota.
• En algunos materiales, como el titanato de estroncio paraeléctrico cuántico (SrTiO3), las fluctuaciones persisten hasta la temperatura cero, inhibiendo el orden de largo alcance.
• El SrTiO3 exhibe fluctuaciones dipolares crecientes al enfriarse, pero no alcanza el orden ferroeléctrico.

Objetivo del estudio:

• Investigar la posibilidad de inducir el orden polar en el titanato de estroncio (SrTiO3) mediante excitación óptica.
• Caracterizar las propiedades y la persistencia de la fase polar fotoinducida.
• Explorar los mecanismos subyacentes, como el acoplamiento fotoflexoeléctrico, que impulsa la transición de fase fotoinducida.

Principales métodos:

• Excitación óptica de las vibraciones de la celosía en SrTiO3.
• Mediciones dependientes de la temperatura para determinar la estabilidad de la fase polar inducida.
• Análisis de vibraciones de baja frecuencia para detectar transiciones de fase.
• Análisis de la distribución del dominio espacial.

Principales resultados:

• La excitación óptica indujo con éxito una fase polar metastable en SrTiO3.
• Esta fase polar fotoinducida se observó hasta 290 Kelvin y persistió durante horas después de la interrupción de la bomba óptica.
• El endurecimiento de una vibración de baja frecuencia indicó una transición de fase fotoeléctrica inducida.
• La distribución del dominio observado sugirió un papel para el acoplamiento fotoflexoeléctrico.

Conclusiones:

• La excitación óptica proporciona una ruta para inducir y controlar el orden polar en paraeléctricos cuánticos como el SrTiO3.
• Se puede lograr y mantener una fase ferroeléctrica fotoinducida metastable durante períodos prolongados.
• El acoplamiento fotoflexoeléctrico es un mecanismo probable que contribuye a la transición de fase fotoeléctrica inducida observada.