發現光誘導鐵電體，新一代高速器件發展有望

超短太赫茲脈衝使順電性鈦酸鍶中產生了鐵電相。

光不僅可以用來測試材料性能，還可以用於改變材料性能。例如，光可以影響材料的導電能力或磁狀態下存儲信息的能力。phys.org網站報道，《科學》雜誌發文稱，德國馬克思普朗特結構與動力學研究所Andrea Cavalleri領導的研究小組利用太赫茲頻率的光脈衝將非鐵電材料（鈦酸鍶）轉化為了鐵電材料。

鐵電性是指組成材料的晶格沿特定方向極化，形成宏觀電極化的狀態。鐵電材料的反向極化性使鐵電材料非常適合用於數字信息編碼和處理技術。Cavalleri等發現的光誘導鐵電體有望推動新一代高速器件的發展。

複雜材料之所以特殊，是因為它們的獨特宏觀性能是由多種相互競爭的「趨勢」決定的：與傳統化合物不同，複雜材料中的多種微觀相互作用可能與多種宏觀相有密切關係。趨勢的相互競爭最終會導致處於非穩定平衡態的「妥協」現象。因此，使用適度的擾動（例如光照）就可能引起材料性質的根本變化。

超短太赫茲激光脈衝是一種非常有效的「光誘導」條件。它可以與晶格產生直接耦合，並在高速狀態下使原子排列發生改變。此前，晶格振動的相干激發已被證明可以引起包括超導體在內的多種複雜材料的電性能或磁性排列發生變化。在Cavalleri等的最新研究中，他們首次證實了，鐵電性並非只能發生在特定材料中，非鐵電材料在光作用下也會進入鐵電相。

鈦酸鍶（STO）在任何溫度下都是順電性物質。此前，研究人員從未在STO中觀察到長期鐵電性。通過超短太赫茲脈衝激光誘導STO中產生的激發振動，Cavalleri等首次發現其鐵電性質和光響應特性。這種驚人的效應源於STO晶格的非線性性質。驅動聲子將部分能量以壓力的形式傳遞給固體，從而在受激區域內產生結構形變。在這種情況下，STO的「柔電」特性被激活，進而產生宏觀極化現象。值得注意的是，光誘導態的壽命達到數小時，這表明STO過渡到了一種新的准穩定相。

論文第一作者Tobia Nova表示：「利用超高速光誘導-控制鐵電材料的技術，有望為下一代高速設備奠定基礎。鐵電材料已經成為新開發器件的核心，鐵電材料的自發極化使穩定的內存晶元或持續運行計算機具備可行性。此外，柔電性是常見的材料特性，因此我們開發的光誘導技術的應用範圍遠不止STO。」

科界原創

編譯：雷鑫宇

審稿：alone

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