Шерстюк Наталия Эдуардовна, д.ф.-м.н., доцент, профессор кафедры наноэлектроники, Институт перспективных технологий и индустриального программирования
119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78
Natalia E. Sherstyuk, Dr. Sci. (Phys.–Math.), Professor, Department of Nanoelectronics, Institute for Advanced Technologies and Industrial Programming
Брехов Кирилл Алексеевич, к.ф-м.н., старший научный сотрудник, лаборатория физики нейроморфных вычислительных систем, Институт перспективных технологий и индустриального программирования
119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78
Kirill A. Brekhov, Cand. Sci. (Phys.–Math.), Senior Researcher, Laboratory of Physics for Neuromorphic Computing Systems, Institute for Advanced Technologies and Industrial Programming
Мишина Елена Дмитриевна, д.ф.-м.н., профессор, заведующий лабораторией фемтосекундной оптики для нанотехнологий, кафедра наноэлектроники, Институт перспективных технологий и индустриального программирования
119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78
Elena D. Mishina, Dr. Sci. (Phys.-Math.), Professor, Head of the Laboratory of Femtosecond Optics for Nanotechnology, Department of Nanoelectronics, Institute for Advanced Technologies and Industrial Programming
Цели. Поиск принципиально нового наиболее быстрого и наименее диссипативного способа управления ферроидным параметром порядка является актуальной и весьма амбициозной задачей фундаментальных и прикладных исследований в области разработки малодиссипативных и быстродействующих функциональных элементов информационных систем, оперирующих на терагерцевых (ТГц) частотах, для сетевых технологий 6G. Целью работы является исследование условий модуляции поляризации сегнетоэлектрика при помощи короткого ТГц-импульса, в т.ч. изучение влияния дополнительных факторов на эффективность ТГц-индуцированной динамики ферроидного параметра порядка.
Методы. Численное моделирование резонансного возбуждения ТГц-излучением решеточной подсистемы проводилось для сегнетоэлектрической пленки титаната бария-стронция Ba0.8Sr0.2TiO3 на основе системы уравнений, состоящей из уравнения Ландау – Халатникова и уравнения колебаний фононной моды, где в качестве вынуждающей силы выступает фонон-фононное взаимодействие. Новизна подхода заключается во взаимодействии ТГц-импульса с ранее когерентно возбужденной фононной модой, имеющей значительную амплитуду.
Результаты. Представлены временные зависимости поляризации, а также эффективной амплитуды колебаний инфракрасно-активной моды при варьировании параметров ТГц-поля и констант разложения термодинамического потенциала неравновесного состояния в виде ряда по степеням параметра порядка в разных режимах воздействия, включая изменение температуры и дополнительное воздействие внешнего электрического поля.
Выводы. Предложенный подход описывает переключение поляризации под действием ТГц-импульса при предварительном возбуждении когерентного фонона фемтосекундным оптическим импульсом. Наиболее важным параметром, определяющим пороговое воздействие ТГц-импульса на возбуждение фонона, является энергия (амплитуда) импульса. В области малых амплитуд увеличение температуры не приводит к ухудшению условий переключения.
Objectives. The search for a fundamentally new, fast, and least dissipative method for controlling the ferroic order parameter is a pressing and ambitious task of basic and applied research on the development of low-dissipation and high-speed functional elements of information systems operating at terahertz (THz) frequencies for 6G network technologies. The aim of the work is to study the conditions for modulating ferroelectric polarization using a short THz pulse. This will also include the influence of additional factors on the efficiency of the THz-induced dynamics of the ferroic order parameter, such as stationary heating and the application of an additional electric field to the ferroelectric.
Methods. The numerical simulation of resonant excitation of the lattice subsystem by THz radiation was performed for a Ba0.8Sr0.2TiO3 ferroelectric film using the Landau–Khalatnikov equation system, and the equation of phonon mode oscillations with the phonon–phonon interaction as a driving force. The novelty of the proposed approach lies in the interaction of the THz pulse with a previously coherently excited phonon mode with a significant amplitude.
Results. The time dependencies were presented for the polarization and the effective amplitude of infrared-active mode oscillations with varying THz field parameters. The results also included constants of expansion of the thermodynamic potential of the nonequilibrium state in powers of order parameter in various exposure modes, including temperature changes and the application of an additional external electric field.
Conclusions. The approach proposed herein describes polarization switching under the action of a THz pulse with preliminary excitation of a coherent phonon by a femtosecond optical pulse. The most important parameter when determining the threshold effect of a THz pulse on phonon excitation is pulse energy (amplitude). In the region of small amplitudes, an increase in temperature does not exacerbate switching conditions.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.