Un estudio demuestra la viabilidad de deformar controladamente la
estructura cristalina de un material ferroeléctrico mediante la
aplicación de luz. El avance establece las bases de una nueva generación
de dispositivos tecnológicos para su incorporación en computación
cuántica, dispositivos ultrarrápidos y energía.
La posibilidad de controlar dispositivos electrónicos sólo mediante luz
ya está más cerca. Un equipo liderado por investigadores del Consejo
Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) e investigadores de la
Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) ha logrado un avance que
podría servir para controlar sistemas inteligentes mediante luz y sin
contacto. Su investigación ha demostrado la posibilidad de deformar
controladamente la estructura cristalina de un material ferroeléctrico
(fundamental cuando se precisa transformar la energía; por ejemplo, a
partir de energía mecánica generar energía eléctrica o viceversa)
mediante la aplicación de una luz visible de baja potencia. El estudio,
que se publica en la revista Nature Photonics, muestra por primera vez
la posibilidad de controlar estos dispositivos mediante el uso de luz
(un campo combinado electromagnético).
“El avance en el control óptico de la polarización macroscópica
establece las bases de una nueva generación de dispositivos tecnológicos
para su incorporación en computación cuántica, dispositivos
ultrarrápidos y energía que hasta ahora no eran posibles. En este
sentido, será posible diseñar conmutadores 1.000 veces más rápidos o
transmitir energía eléctrica a distancia sin emplear cables”, señala el
profesor José Francisco Fernández, del Instituto de Cerámica y Vidrio,
del CSIC.
“Las sistemas inteligentes combinan capacidad computacional y cognitiva
(cerebro) que requiere interacción con su entorno (sentidos y músculos).
Los materiales inteligentes se basan en materiales que pueden conmutar
de forma reversible entre dos estados. Estos materiales, denominados
ferroicos, son los elementos fundamentales empleados como sensores y
actuadores; por ejemplo en el almacenamiento de información”, explica el
profesor.
“Los materiales ferroicos más empleados presentan respuesta
ferromagnética (responden a campos magnéticos) y ferroeléctrica
(responden a campos eléctricos). Ambos se caracterizan por la presencia
de regiones generalmente nanométricas denominadas dominios que a su vez
están separadas por finísimas capas denominadas paredes de dominios. El
control dinámico de las paredes de dominio se realiza mediante la
aplicación de campos magnéticos o eléctricos. Estos campos requieren
situarse próximos al material, en el caso de campos magnéticos, o
incluso en contacto físico en el caso de campos eléctricos”, añade.
“Hemos demostrado la posibilidad de sintonizar la polarización
macroscópica y sus propiedades relacionadas por medio de luz polarizada
y de forma reversible, lo que supone un control externo sin contacto”,
detalla el profesor José Eduardo García de la UPC. Este sorprendente
efecto ha podido ser observado in-situ mediante la utilización de
difracción de rayos X de alta resolución de radiación sincrotrón.
El siguiente paso es considerar las implicaciones de los resultados para
futuras aplicaciones nanotecnológicas. “Esperamos que la conmutación de
la polarización eléctrica impulsada mediante luz podrá competir con la
conmutación convencional de polarización eléctrica por un campo
eléctrico.” según explica Fernando Rubio-Marcos, investigador contratado
del CSIC en el Instituto de Cerámica y Vidrio.
Fuente: CSIC 18/12/2017
Fernando Rubio-Marcos, Diego A. Ochoa, Adolfo Del Campo, Miguel A.
García, Germán R. Castro, José F. Fernández, and José E. García.
“Reversible optical control of macroscopic polarization in
ferroelectrics”. Nature Photonics. DOI: 10.1038/s41566-017-0068-1
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