Физики из Университета Оберна выяснили, как короткие лазерные импульсы могут упорядочивать крошечные электрические области внутри кристалла. Исследование помогло прояснить давнюю научную проблему и показало, что свет способен влиять на электрические свойства материала. Результаты в перспективе могут пригодиться при поиске более быстрых способов обработки и хранения информации, сообщило научное издание ScienceDaily.
Работой руководили доцент кафедры физики Университета Оберна Венкан Цзин и аспирант Мохамед Кандиль. Их статья об оптическом упорядочивании квантового сегнетоэлектрического металла в диапазоне фазового перехода получила специальную отметку Editors’ Suggestion (рекомендация редакторов) в журнале Physical Review Letters. Кристаллы для экспериментов изготовили специалисты японского Национального института передовых промышленных технологий и науки.
Учёные изучали модифицированный титанат стронция, который сочетает свойства проводника и материала с локальными электрическими полюсами. Внутри кристалла находятся полярные нанорегионы — микроскопические области с положительной и отрицательной сторонами, способные ориентироваться в разных направлениях. Исследователи хотели установить, возникают ли эти области во время охлаждения или существуют заранее, а затем лишь начинают направляться одинаково.
Для наблюдения за слабыми изменениями команда создала высокочувствительную лазерную систему. Эксперименты с нагревом и охлаждением показали, что при высокой температуре нанорегионы ориентированы хаотично, а при снижении температуры принимают преимущественные направления. Это подтвердило версию о том, что электрические области уже присутствуют в кристалле и при охлаждении упорядочиваются.
Учёным также удалось временно выстроить эти области с помощью коротких лазерных импульсов даже при повышенной температуре. Возникающий порядок сохранялся примерно одну пикосекунду, то есть одну триллионную долю секунды, и фиксировался оптическим методом. На проведение экспериментов ушло около трёх лет: почти год команда совершенствовала оборудование, а в 2025 году впервые зарегистрировала выстраивание нанорегионов под воздействием лазера, создав новый способ изучения сверхбыстрых процессов в квантовых материалах.