L'architecture monocristalline ferroélectrique dans le verre est une nouvelle classe de métamatériaux qui permettrait l'optique intégrée active si le comportement ferroélectrique est préservé dans les limites du verre. Nous démontrons en utilisant des cristaux de niobate de lithium fabriqués dans du verre de niobosilicate de lithium par irradiation laser femtoseconde que non seulement un tel comportement est préservé, les domaines ferroélectriques peuvent être conçus avec une polarisation continue. Un microscope à force piézoélectrique est utilisé pour caractériser le comportement piézoélectrique et ferroélectrique. La réponse piézo est en corrélation avec l'orientation du réseau cristallin comme prévu pour le cristal non confiné, et une structure de domaine ferroélectrique complexe à l'échelle micro et nanométrique des cristaux tels que développés est révélée. Crédit :Keith Veenhuizen, Sean McAnany, Rama Vasudevan, Daniel Nolan, Bruce Aitken, Stephen Jesse, Sergueï V. Kalinine, Himanshu Jain et Volkmar Dierolf
Une équipe de chercheurs de l'Université Lehigh, Laboratoire national d'Oak Ridge, Le Liban Valley College et Corning Inc. ont démontré, pour la première fois, que les cristaux fabriqués par des lasers dans une matrice de verre conservent une fonctionnalité ferroélectrique complète.
"Cela inclut la capacité d'orienter et d'inverser uniformément les domaines ferroélectriques avec un champ électrique, malgré le fait que le cristal est fortement confiné par le verre environnant, " dit Volkmar Dierolf, Président du département de physique de l'Université Lehigh et l'un des scientifiques qui ont travaillé sur les expériences qui ont abouti à ces résultats.
Dierolf, qui détient un poste conjoint avec le département de science et d'ingénierie des matériaux de Lehigh du P.C. Collège Rossin d'ingénierie et de sciences appliquées, est co-chercheur principal sur un projet financé par la National Science Foundation (NSF), Cristal en Verre, avec le chercheur principal Himanshu Jain, Diamond Distinguished Chair du département de science et d'ingénierie des matériaux de Lehigh. Le groupe est devenu un leader mondial dans la production de monocristaux en verre par irradiation laser localisée.
L'équipe a mené le premier examen détaillé des propriétés piézoélectriques et ferroélectriques des cristaux induits par laser confinés dans du verre. Ils ont découvert que les cristaux tels que développés possèdent une structure de domaine ferroélectrique complexe qui peut être manipulée via l'application d'une polarisation continue. Les résultats seront publiés dans un prochain numéro de Communication MRS dans un article intitulé « Ingénierie du domaine ferroélectrique du monocristal de niobate de lithium confiné dans du verre ».
"Les découvertes ouvrent la possibilité d'une nouvelle collection de dispositifs optiques qui utilisent des cristaux fabriqués au laser entièrement fonctionnels dans le verre qui reposent sur le contrôle précis de la structure du domaine ferroélectrique du cristal, " a déclaré Keith Veenhuizen, actuellement professeur adjoint, Département de physique du Liban Valley College et auteur principal de l'article, qui s'appuie sur le travail qu'il a fait en tant qu'étudiant diplômé à Lehigh.
Les applications d'une telle technologie comprennent l'utilisation dans la technologie de fibre optique moderne utilisée pour la transmission de données.
"Être capable d'intégrer de telles architectures monocristallines fonctionnelles dans un verre permet un couplage à haute efficacité aux réseaux de fibre de verre existants, " dit Dierolf. " De telles liaisons à faible perte - qui maximisent les performances - sont d'une importance particulière pour le futur système de transfert d'informations quantiques qui devraient prendre le relais des schémas actuels de communication optique, " ajoute Dierolf.
