L'architettura ferroelettrica a cristallo singolo in vetro è una nuova classe di metamateriali che consentirebbe l'ottica integrata attiva se il comportamento ferroelettrico viene preservato entro i confini del vetro. Dimostriamo utilizzando cristalli di niobato di litio fabbricati in vetro niobosilicato di litio mediante irradiazione laser a femtosecondi che non solo tale comportamento viene preservato, i domini ferroelettrici possono essere ingegnerizzati con una polarizzazione DC. Un microscopio a forza piezorisposta viene utilizzato per caratterizzare il comportamento piezoelettrico e ferroelettrico. La piezorisposta è correlata con l'orientamento del reticolo cristallino come previsto per il cristallo non confinato, e viene rivelata una complessa struttura di dominio ferroelettrico su micro e nanoscala dei cristalli così cresciuti. Credito:Keith Veenhuizen, Sean McAnany, Rama Vasudevan, Daniele Nolan, Bruce Aitken, Stefano Jesse, Sergei V. Kalinin, Himanshu Jain e Volkmar Dierolf
Un team di ricercatori della Lehigh University, Laboratorio nazionale di Oak Ridge, Libano Valley College e Corning Inc. ha dimostrato, per la prima volta, che i cristalli prodotti da laser all'interno di una matrice di vetro mantengono la piena funzionalità ferroelettrica.
"Ciò include la capacità di orientare uniformemente e invertire l'orientamento dei domini ferroelettrici con un campo elettrico, nonostante il fatto che il cristallo sia fortemente confinato dal vetro circostante, "dice Volkmar Dierolf, Presidente del Dipartimento di Fisica della Lehigh University e uno degli scienziati che ha lavorato agli esperimenti che hanno portato a questi risultati.
Dierolf, che ricopre un incarico congiunto con il Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali di Lehigh parte del P.C. Rossin College di Ingegneria e Scienze Applicate, è co-Principal Investigator in un progetto finanziato dalla National Science Foundation (NSF), Cristallo in vetro, insieme al principale investigatore Himanshu Jain, Diamond Distinguished Chair del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali di Lehigh. Il gruppo è diventato leader mondiale nella produzione di cristalli singoli in vetro mediante irradiazione laser localizzata.
Il team ha condotto il primo esame dettagliato delle proprietà piezoelettriche e ferroelettriche dei cristalli indotti dal laser confinati nel vetro. Hanno scoperto che i cristalli così cresciuti possiedono una complessa struttura di dominio ferroelettrico che può essere manipolata tramite l'applicazione di una polarizzazione CC. I risultati saranno pubblicati in un prossimo numero di Comunicazioni MRS in un articolo intitolato "Ingegneria del dominio ferroelettrico di un cristallo singolo di niobato di litio confinato in vetro".
"I risultati aprono la possibilità di una nuova collezione di dispositivi ottici che utilizzano cristalli di vetro fabbricati al laser completamente funzionali che si basano sul controllo preciso della struttura del dominio ferroelettrico del cristallo, " ha detto Keith Veenhuizen, attualmente Professore Associato, Dipartimento di Fisica presso il Lebanon Valley College e l'autore principale dell'articolo, che si basa sul lavoro che ha svolto come studente laureato alla Lehigh.
Le applicazioni per tale tecnologia includono l'uso nella moderna tecnologia in fibra ottica utilizzata per la trasmissione dei dati.
"Essere in grado di incorporare tali architetture a cristallo singolo funzionali all'interno di un vetro consente un accoppiamento ad alta efficienza con le reti in fibra di vetro esistenti, " dice Dierolf. "Tali collegamenti a bassa perdita? che massimizzano le prestazioni? sono di particolare importanza per il futuro sistema di trasferimento di informazioni quantistiche che si prevede sostituirà gli attuali schemi per la comunicazione ottica, "aggiunge Dierolf.
