光不仅可以用来测量材料的属性 还可以用来改变它们

光不仅可以用来测量材料的属性，还可以用来改变它们。特别有趣的是可以修改材料功能的那些情况，例如其导电或以其磁状态存储信息的能力。由汉普顿Max Planck物质结构和动力学研究所的Andrea Cavalleri领导的团队使用太赫兹频率光脉冲将非铁电材料转变为铁电材料。

铁电性是组成晶格在一个特定方向上极化，形成宏观电极化的状态。反转偏振的能力使得铁电材料特别适合于数字信息编码和处理。光诱导铁电体的发现与新一代高速器件高度相关，今天发表在“ 科学 ”杂志上。

复杂的材料是特殊的，因为它们不同寻常的宏观特性是由许多竞争趋势决定的。与更常规的化合物(例如构成电流电子器件的硅晶体)不同，在复杂材料中，人们发现不止一种类型的微观相互作用有利于多于一种可能的宏观相。

这种竞争导致了妥协，但这种竞争并不是独一无二的，而且往往处于不稳定的平衡状态。因此，适度的扰动，例如用光照射一种这样的材料，可以引起固体性质的根本变化。

超短太赫兹激光脉冲特别有用，因为它们直接耦合到晶格并且可以高速变形原子排列。过去已经示出了晶格振动的相干激发，以引起许多复杂材料(包括超导体)中的电特性或磁性布置的变化。

在他们的最新研究中，科学家们描述了它们如何诱导材料中的铁电有序，固体属性与应用高度相关。铁电描述了电偶​​极子的自发对准，这导致了与铁磁体中的磁化相似的宏观极化。通常，铁电仅发生在有限的一类材料中; 然而，汉堡集团已经发现即使是非铁电材料也可以通过光强制进入铁电相。

钛酸锶(STO)在所有温度下都是顺电的，并且从未形成长程铁电有序。在通过光激发STO激发振动时，研究人员观察到其铁电性典型的光学和电学响应特征。这种惊人效果的起源在于晶格的非线性特性。被驱动的声子以压力的形式将一些能量传递给固体，导致激发区域内的空间变化的结构变形。在这些条件下，可以激活称为挠曲电性的材料特性，从而产生宏观极化。引人注目的是，发现光诱导状态在产生后存活数小时，表明材料转变为新的准稳定相。

“利用光在超快时间尺度上诱导和控制铁电状态的能力可以为下一代技术提供基础”，该论文的第一作者Tobia Nova说。铁电材料已经成为开发中的器件的核心，利用它们的自发极化来制造稳定的存储器芯片或“永远在线”的计算机。因为在汉堡实验中证明的光诱导铁电相在太赫兹频率下工作，所以可以设想以如此高的速度工作的电光器件。此外，由于挠曲电性是常见的材料特性，因此引发超快挠曲电极极化的能力远远超出STO的具体例子。最后，因为STO通常用作复杂异质结构的基质，