Физики Уральского федерального университета (УрФУ, Екатеринбург) научились управлять сегнетоэлектрической доменной структурой монокристаллов семейства PMN-PT. В результате пьезоэлектрические, диэлектрические и нелинейно-оптические свойства этих кристаллов улучшились на 40-70 %. Это означает, что применять эти кристаллы в устройствах нелинейной оптики можно на качественно новом уровне. Статья с последними результатами исследования опубликована в журнале Applied Physics Letters.
«Из таких кристаллов с регулярной доменной структурой можно, например, изготавливать преобразователи длины волны для лазеров с рекордной эффективностью, — поясняет директор Уральского ЦКП «Современные нанотехнологии» профессор УрФУ Владимир Шур. — Улучшенные нелинейно-оптические свойства позволят, к примеру, преобразовывать инфракрасное лазерное излучение в зеленый свет. Использовать разработку можно также в проекционном телевидении, в лазерном шоу, в волоконных лазерах для связи».
Работа по проекту ведется по гранту БРИКС совместно с китайскими коллегами: вначале синтетические кристаллы большого размера — диаметром до 10 см и длиной до 12 см — выращивают в китайском университете города Сиань (на выращивание одного кристалла требуется около месяца). Затем ученые УрФУ воздействуют на вырезанную из кристалла пластину электрическим полем или электронным пучком при оптимальной температуре.
«В монокристаллической пластине формируют монодоменное состояние, а затем создают регулярную полосовую доменную структуру. Разработанные методы микро- и нано-доменной инженерии позволяют управлять размером, величиной и ориентацией доменов и таким образом получать стабильную доменную структуру необходимой геометрии», — говорит Владимир Шур.
В области исследования и управления доменной структурой сегнетоэлектриков ученые УрФУ являются одними из мировых лидеров. Почти за два года работы по гранту физики вуза впервые исследовали поведение доменной структуры в электрическом поле и научились получать первые периодические структуры.
«Наблюдение эволюции доменной структуры с помощью оптического микроскопа со скоростной видеокамерой позволило получить первые в мире результаты на этих кристаллах», — добавил Шур.
Теперь китайские коллеги измерят и протестируют оптические свойства кристаллов, и, если ожидания российских и китайских ученых подтвердятся, в следующем году будут изготовлены прототипы преобразователей.
Следует отметить, что управление доменной структурой также можно использовать для улучшения свойств различных кристаллов и создания новых устройств нелинейной оптики и функциональной электроники.
УрФУ — участник Проекта 5-100, ключевым результатом которого должно стать появление в России к 2020 году современных университетов-лидеров с эффективной структурой управления и международной академической репутацией, способных задавать тенденции развития мирового высшего образования.