Ученые из Китая создали современный метод лазерной печати сегнетоэлектрических доменов

Новая технология базируется на точечном нагреве материала, благодаря термоэлектрическому эффекту, формируется поле, которое раскрывает поляризацию вещества. Исследователи доказали работоспособность метода, сформировав различные формы и узоры, как плоские, так и объемные.

Сегнетоэлектричество - это свойство веществ удерживать самопроизвольную поляризацию в определенном температурном диапазоне даже в условиях отсутствия внешнего поля. Диэлектрическая проницаемость таких материалов регулируется и как правило является очень большой, что означает, что сегнетоэлектричество по сути представляет собой электрический аналог ферромагнетизма. Подобные свойства позволяют использовать сегнетоэлектрики в различных оптических, акустических и электронных областях.

В качестве примера такого материала можно привести ниобат лития. Ниобат лития отличается нелинейно-оптическими свойствами и высоким коэффициентом преломления в сочетании с сегнетоэлектричеством. Подобно другим сегнетоэлектрикам, упорядочение диполей в ниобате лития осуществляется в пределах определенной области кристалла - домена. При уменьшении размеров оптических или электронных устройств специалисты стремятся к тому, чтобы размер этих доменов соответствовал наноразмеру. Тем не менее, существующие методы получения доменов ограничены микронным масштабом. Кроме того, они обеспечивают работу только с двумерными материалами.

Рис. 1. Территориальное определение термоэлектрического (a) и порогового (b) полей (моделирование). (c) Участок пространственного распределения термоэлектрического поля. Эллипсами отмечены области, где модуль поля превышает пороговое значение. Движение пятна вдоль направления спонтанной поляризации (г) не оставляет следов, а против (д) или поперек (е) инвертирует домен (оптический карандаш). (g) Режим оптического ластика.

Когда лазер фокусируется на конкретной точке материала, свет может стать причиной локального нагрева, в зависимости от интенсивности излучения. В ниобате лития это вызывает термоэлектрическое поле, вектор интенсивности которого ориентирован вдоль положительного градиента температуры, по направлению к центру теплового участка. Его модуль достигает максимума в определенной области ближе к центру, там, где поле превышает порог, за которым становится возможной реверсия поляризации.

При возникновении теплового пятна в области, в которой уже действует спонтанная поляризация, часть такого суперпозиционного поля направлена совместно с ней, а часть - противоположно. Это вызывает движение лазерного пятна по образцу в различных условиях, в соответствии с тем, в каком направлении относительно спонтанной поляризации оно перемещается. Таким образом, физики внедрили режим лазерного карандаша, то есть движение, которое "рисует" область инвертированной полярности в образце, и режим лазерного ластика, который восстанавливает поляризацию.

Современные лазерные разработки также используются  в оборудовании для лазерной маркировки и гравировки, станков лазерной резки металла, сварочных лазерных аппаратов и систем лазерной очистки металла.