Физики из Университета Оберна выяснили, как короткие импульсы лазерного света могут упорядочивать мельчайшие электрические области внутри кристалла. Эти структуры влияют на электрические свойства материала и долгое время оставались предметом научных споров. Результаты работы могут помочь в поиске более быстрых способов обработки и хранения информации.
Исследование провели доцент кафедры физики Университета Оберна Венкань Цзинь и аспирант Мохамед Кандиль. Их статья «Оптическая поляризация квантового ферроэлектрического металла при переходе между состояниями упорядоченности и беспорядка» получила специальную отметку редакции журнала Physical Review Letters. Кристаллы для экспериментов изготовили специалисты Национального института передовых промышленных технологий Японии.
Учёные изучали изменённую разновидность титаната стронция, который сочетает свойства проводника и поляризованного материала. Внутри его кристаллической структуры находятся микроскопические области с положительной и отрицательной сторонами, получившие название полярных нанорегионов. При высоких температурах они направлены хаотично, а при охлаждении начинают занимать предпочтительные положения.
Исследователи стремились понять, возникают ли эти области в момент упорядочивания или уже существуют внутри кристалла и лишь меняют направление. Для этого специалисты создали чувствительную лазерную установку, способную фиксировать слабые изменения света после его прохождения через материал. Наблюдения во время нагревания и охлаждения показали, что нанорегионы присутствуют заранее, а снижение температуры заставляет их выстраиваться более согласованно.
Затем команда проверила, можно ли управлять электрическими областями с помощью света. Короткие лазерные импульсы временно выстраивали нанорегионы даже при повышенной температуре, когда обычно они остаются неупорядоченными. Возникающий эффект удалось зарегистрировать оптическим методом, а его продолжительность составила примерно одну пикосекунду — одну триллионную долю секунды.
На проведение экспериментов ушло около трёх лет, включая почти год настройки оборудования для регистрации крайне слабых сигналов. В 2025 году Кандиль впервые зафиксировал, как разрозненные полярные области выстраиваются под воздействием лазера, что Цзинь назвал важным моментом для всей команды. Как сообщает сайт ScienceDaily, результат не только объясняет механизм формирования электрического порядка в кристалле, но и предлагает способ изучать сверхбыстрые процессы, которые в будущем могут иметь значение для технологий обработки и хранения информации.