ДИНАМИЧЕСКОЕ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕ ПОЛЯРИЗАЦИИ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКА КОРОТКИМ ТЕРАГЕРЦОВЫМ ИМПУЛЬСОМ
https://doi.org/10.32362/2500-316X-2017-5-3-41-50
Аннотация
В работе представлены результаты исследования сверхбыстрого нелинейно-оптического отклика тонкой пленки (Ba0.8Sr0.2)TiO3 (001) на импульс электромагнитного поля терагерцовой частоты, длительностью, равной периоду колебаний такого импульса, и амплитудой до 500 кВ/см. Нелинейно-оптический отклик являлся мерой сегнетоэлектрической поляризации. Начальная поляризация пленок перпендикулярна их плоскости, терагерцовое поле ориентировано в плоскости пленки. Показано, что во время действия импульса сегнетоэлектрическая поляризация следует за приложенным полем во времени и переключается вдоль направления поля. После окончания действия терагерцового импульса наблюдались долгоживущие (>20 пс) осцилляции, частота которых совпадает с частотой мягкой моды в этом материале. Микроскопическое описание нелинейной восприимчивости объясняет резонансное поведение нелинейно-оптического отклика в терагерцовом диапазоне.
Об авторах
Е. Д. Мишина
Московский технологический университет (МИРЭА)
Россия
Россия
К. А. Гришунин
Московский технологический университет (МИРЭА)
Россия
Россия
Список литературы
1. De Jong J.A., Razdolski I., Kalashnikova A.M., Pisarev R.V., Balbashov A.M., Kirilyuk A., Rasing Th., Kimel A.V. Coherent control of the route of an ultrafast magnetic phase transition via low-amplitude spin precession // Phys. Rev. Lett. 2012. V. 108, № 15. P. 157601-5.
2. Afanasiev D., Ivanov B.A., Kirilyuk A., Rasing Th., Pisarev R.V., Kimel A.V. Control of the ultrafast photoinduced magnetization across the morin transition in DyFeO3 // Phys. Rev. Lett. 2016. V. 116, № 9. P. 97401-5.
3. Vahaplar K., Kalashnikova A.M., Kimel A.V., Hinzke D., Nowak U., Chantrell R., Tsukamoto A., Itoh A., Kirilyuk A., Rasing Th. Ultrafast path for optical magnetization reversal via a strongly nonequilibrium state // Phys. Rev. Lett. 2009. V. 103, № 11. P. 117201-4.
4. Landau L.D., Lifshitz E.M. Electrodynamics of continuous media. Pergamon, Oxford, 1984. 460 p.
5. Rana D.S., Kawayama I., Mavani K., Takahashi K., Murakami H., Tonouchi M. Understanding the nature of ultrafast polarization dynamics of ferroelectric memory in the muitiferroic BiFeO3 // Adv. Mater. 2009. V. 21, № 28. P. 2881-2885.
6. Bhattacharjee S., Rahmedov D., Wang D., Iniguez J., Bellaiche L. Ultrafast switching of the electric polarization and magnetic chirality in BiFeO3 by an electric field // Phys. Rev. Lett. 2014. V. 112, № 14. P. 147601-25.
7. Brekhov K.A., Grishunin K.A., Afanas’ev D.V., Semin S.V., Sherstyuk N.E., Kitaeva G.Kh, Mishina E.D., Rasing Th., Kimel A.V. Photoinduced dynamics and femtosecond excitation of phonon modes in ferroelectric semiconductor Sn2P2S6 // JETP Lett. 2015. V. 102, № 6. P. 372-377.
8. Miyamoto T., Yada H., Yamakawa H., Okamoto H. Ultrafast modulation of polarization amplitude by terahertz fields in electronic-type organic ferroelectrics // Nat. Commun. 2013. V. 4. P. 2586-9.
9. Yamakawa H., Miyamoto T., Morimoto T., Yada H., Kinoshita Y., Sotome M., Kida N., Yamamoto K., Iwano K., Matsumoto Y. Novel electronic ferroelectricity in an organic chargeorder insulator investigated with terahertz-pump optical-probe spectroscopy. // Sci. Rep. 2016. V. 6. P. 20571-10.
10. Kampfrath T., Tanaka K., Nelson K.A. Resonant and nonresonant control over matter and light by intense terahertz transients // Nat. Photonics. 2013. V. 7, № 9. P. 680-690.
11. Chen F., Zhu Y., Liu S., Qi Y., Hwang H.Y., Brandt N.C. Ultrafast terahertz-field-driven ionic response in ferroelectric BaTiO3 // Phys. Rev. B - Condens. Matter Mater. Phys. 2016. V. 94, № 18. P. 180104-6.
12. Jiang A.Q., Scott J.F. Phase transitions and polarizations in epitaxial BaTio3/SrTiO3 superlattices studied by second-harmonic generation // J. Appl. Phys. 2003. V. 93, № 2. P. 1180-1185.
13. Sherstyuk N.E., Mishina E.D., Lavrov S.D., Buryakov A.M., Marchenkova M.A., Elshin A.S., Sigov A.S. Optical second harmonic generation microscopy for ferroic materials // Ferroelectrics. 2015. V. 477, № 1. P. 29-46.
14. Grishunin K.A., Brekhov K.A., Samotokhin O.V. The study of the nature of the local optical inhomodeneities induced by ultrashort laser pulses, in the crystal of the ferroelectricsemiconductor Sn2P2S6 // Russ. Technol. J. 2015. V. 2, № 9. P. 134-144.
15. Юзюк Ю.И., Захарченко И.Н., Алёшин В.А., Леонтьев И.Н., Рабкин Л.М., Мухортов В.М., Simon P. Влияние механизма роста и термоупругих напряжений на динамику кристаллической решетки гетероэпитаксиальных пленок титаната бария-стронция // Физика твердого тела. 2007. Т. 49, № 9. С. 1676-1682.
16. Анохин А.С., Разумная А.Г., Юзюк Ю.И., Головко Ю.И., Мухортов В.М. Фазовые переходы в пленках титаната бария-стронция на подложках MgO различной ориентации // Физика твердого тела. 2016. T. 58, № 10. C. 1956-1963.
17. Mukhortov V.M., Golovko Y.I., Tolmachev G.N., Klevtzov A.N. The synthesis mechanism of complex oxide films formed in dense RF-plasma by reactive sputtering of stoichiometric targets // Ferroelectrics. 2000. V. 247, № 1. P. 75-83.
18. Grishunin K.A., Ilyin N.A., Sherstyuk N.E., Mishina E.D., Kimel A., Mukhortov V.M., Ovchinnikov A.V., Chefonov O.V., Agranat M.B. THz electric field-induced second harmonic generation in inorganic ferroelectric // Sci. Rep. 2017. V. 7, № 1. P. 687-696.
19. Golay M.J.E. Theoretical consideration in heat and infra-red detection, with particular reference to the pneumatic detector // Rev. Sci. Instrum. 1947. V. 18, № 5. P. 347-356.
20. Xin X., Altan H., Sainta A., Matten D., Alfano R.R. Terahertz absorption spectrum of para and ortho water vapors at different humidities at room temperature // J. Appl. Phys. 2006. V. 100, № 9. P. 094905
21. Справочник по лазерам / Под ред. А.М. Прохорова. М.: Советское радио, 1978. 400 с.
22. Aktsipetrov O.A., Fedyanin A.A., Mishina E.D., Rubtsov A.N., vanHasselt C.W., Devillers M.A.C, Rasing T. Probing the silicon-silicon oxide interface of Si(111)-SiO2-Cr MOS structures by DC-electric-field-induced second harmonic generation // Surf. Sci. 1996. V. 352-354. P. 1033-1037.
23. Овчинников А.В., Чефонов О.В., Агранат М.Б., Гришунин К.А., Ильин Н.А., Писарев Р.В., Кимель А.В., Калашникова А.М. Генерация второй оптической гармоники под действием пикосекундных терагерцовых импульсов в центросимметричном антиферромагнетике NiO // Письма в ЖЭТФ. 2016. Т. 104, № 7. С. 467-474.
24. Boyd R.W. Nonlinear Optics, Third Ed. Academic Press, USA, 2008. 613 p.
25. Wang F. Calculation of the electro-optical and nonlinear optical coefficients of ferroelectric materials from their linear properties // Phys. Rev. B. 1999. V. 59, № 15. P. 9733-9736.
26. Dhar L., Rogers J.A., Nelson K.A. Time-resolved vibrational spectroscopy in the impulsive limit // Chem. Rev. 1994. V. 94, № 1. P. 157-193.
27. Dolino G., Lajzerowicz J., Vallade M. Second-harmonic light scattering by domains in ferroelectric triglycine sulfate // Phys. Rev. B. 1970. V. 2, № 6. P. 2194-2200.
28. Mishina E.D., Sherstyuk N.E., Barskiy D.R., Sigov A.S., Golovko Yu. I., Mukhorotov V.M., De Santo M., Rasing Th. Domain orientation in ultrathin (Ba,Sr)TiO3 films measured by optical second harmonic generation // J. Appl. Phys. 2003. V. 93, № 10. P. 6216-6222.
Рецензия
Для цитирования:
Мишина Е.Д., Гришунин К.А. ДИНАМИЧЕСКОЕ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕ ПОЛЯРИЗАЦИИ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКА КОРОТКИМ ТЕРАГЕРЦОВЫМ ИМПУЛЬСОМ. Russian Technological Journal. 2017;5(3):41-50. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2017-5-3-41-50
For citation:
Mishina E.D., Grishunin K.A. TRANSIENT REVERSAL OF FERROELECTRIC POLARIZATION INDUCED BY TERAHERTZ ELECTROMAGNETIC PULSE. Russian Technological Journal. 2017;5(3):41-50. (In Russ.) https://doi.org/10.32362/2500-316X-2017-5-3-41-50
Просмотров: 299
Послать статью по эл. почте 