A excitação intensa no infravermelho médio tem sido demonstrada como uma ferramenta poderosa para controlar as propriedades magnéticas, ferroelétricas e supercondutoras de materiais complexos. A fonônica não linear é a chave para esse fim, pois desloca átomos específicos para longe de suas posições de equilíbrio para manipular interações microscópicas. Até agora, este efeito foi pensado para ocorrer apenas dentro do volume opticamente excitado. Agora, pesquisadores em Hamburgo descobriram que a reversão de polarização no niobato de lítio ferroelétrico (LiNbO₃ ) ocorre mesmo em áreas bem distantes do 'atingimento' da luz direta. O fenômeno até então desconhecido—chamado de fonônica não-linear não local—foi publicado em Nature Physics .
Materiais ferroelétricos como LiNbO₃ possuem uma polarização elétrica estática gerada por linhas de carga positiva e negativa que podem ser comutadas com um campo elétrico. Essa propriedade única torna esses materiais o bloco de construção básico de muitos componentes eletrônicos modernos em smartphones, laptops e dispositivos de imagem de ultrassom. O uso de luz laser para alterar a polarização ferroelétrica é uma nova abordagem que permite processos extremamente rápidos, o que seria um passo fundamental no desenvolvimento de comutadores ópticos ultrarrápidos altamente eficientes para novos dispositivos.

Os pesquisadores do grupo de Andrea Cavalleri no Instituto Max Planck para Estrutura e Dinâmica (MPSD) usaram pulsos de infravermelho médio para excitar a superfície de um LiNbO₃ cristal, lançando uma forte vibração em toda uma região que se estende a uma profundidade de 3 micrômetros da superfície do cristal. Em seguida, eles usaram uma técnica chamada espalhamento Raman estimulado por femtossegundos para medir mudanças ultrarrápidas da polarização ferroelétrica em toda a espessura completa do cristal de 50 micrômetros. As medições revelaram que pulsos de luz com uma densidade de energia muito alta causam a inversão da polarização ferroelétrica em todo o cristal. Usando métodos computacionais para simular os efeitos da fonética não linear em LiNbO₃ , os autores descobriram que fortes ondas de polarização chamadas polaritons emergem do pequeno volume atravessado pelo pulso de luz e se movem por toda a profundidade restante do cristal. Acredita-se que essas ondas de polariton desempenhem um papel significativo na alteração da polarização ferroelétrica em todas as seções do cristal que não são tocadas pelo pulso de luz.

Os resultados relatados por Henstridge et al. adicionar uma nova peça empolgante ao quebra-cabeça indescritível da ferroeletricidade ultrarrápida, cuja compreensão pode levar a novos componentes de dispositivos, como interruptores ópticos sustentáveis. Mais amplamente, este trabalho abre uma enorme questão sobre se sistemas passados ​​e futuros impulsionados por fonônicas não lineares podem exibir um tipo semelhante de caráter não local. A capacidade de manipular propriedades funcionais à distância pode expandir o campo de possibilidades para incorporar fonônicas não lineares em dispositivos integrados e outros materiais complexos, abrindo novos caminhos para controlar sistemas com luz. + Explorar mais

Cristal fotônico não linear tridimensional natural