En appliquant la lumière, les physiciens Peng Chen et Laurent Bellaiche de l’Université de l’Arkansas ont découvert un mécanisme surprenant pour contrôler la polarisation ferroélectrique de manière déterministe.
La découverte, rendue possible par l’application d’impulsions laser ultrarapides, enrichit la recherche fondamentale en physique en faisant progresser la compréhension des interactions entre la lumière et la matière.
La recherche, publiée le 10 mai dans Communication Natureest également une étape importante vers la conception et le développement d’une détection et d’un stockage de données supérieurs dans les appareils électroniques.
Les matériaux ferroélectriques présentent de la ferroélectricité et la capacité de se polariser spontanément. En règle générale, les chercheurs peuvent manipuler et inverser cette polarisation en appliquant un champ électrique externe. Les interactions ultrarapides entre la lumière et la matière sont une autre voie prometteuse pour contrôler la polarisation ferroélectrique, mais jusqu’à présent, les chercheurs ont eu du mal à obtenir un contrôle déterministe induit par la lumière de cette polarisation.
Les chercheurs ont découvert un soi-disant « effet de compression » dans les matériaux ferroélectriques soumis à des impulsions laser femtosecondes. Une femtoseconde est un quadrillionième de seconde. Ces impulsions détruisaient la composante de polarisation parallèle à la direction du champ et créaient des composantes de polarisation perpendiculaires à celle-ci. Cet effet de compression a permis un contrôle déterministe de la polarisation par la lumière.
« L’impulsion térahertz appliquée préfère annihiler la composante de polarisation le long de la direction du champ, au profit de composantes perpendiculaires au champ associé aux impulsions », a déclaré Peng, chercheur associé au laboratoire de Bellaiche et premier auteur de l’article. « Nous considérons qu’il s’agit d’un nouveau phénomène térahertz lorsque la lumière interagit avec des matériaux ferroélectriques. Nos découvertes devraient stimuler le progrès technique. »
Chen et Bellaiche, professeur émérite de physique, ont collaboré avec leurs collègues Charles Paillard et Hongjian Zhao, anciens associés de recherche du laboratoire de Bellaiche, et Jorge Íñiguez au Luxembourg Institute of Science and Technology. Les chercheurs du laboratoire de Bellaiche étudient diverses propriétés de différents matériaux.
Peng Chen et al, Contrôle déterministe de la polarisation ferroélectrique par impulsions laser ultrarapides, Communication Nature (2022). DOI : 10.1038/s41467-022-30324-5