铁电极化涡旋铸造信息“超高速路”( 二 )


李千等人将他们探测到的0.08太赫兹处的模式归于横向振动 。这种以前看不见的涡旋运动表明 , 在涡旋中心形成锯齿形链状态的过程中伴随着不稳定性 。与0.08太赫兹处的模式相比 , 0.3–0.4太赫兹处的模式则与更复杂的涡旋动力学有关 , 因此很难被归于某一种特定类型的振动 。
为了揭示涡旋动力学的全貌 , 未来还需要区分涡间运动、涡内运动和涡旋弯曲 。此外 , 还必须确定振动的纵向模式 。这种模式与一连串畴壁(畴之间的边界)的交替位移相关联 , 并且具有由表面电荷的相关联的动力学引起的显著特性 。
在金属中 , 表面电荷以对应于紫外光(约1015赫兹)的频率振荡 , 这种集体振荡被称为等离子体激元 。类似地 , 在铁电薄膜中 , 纵向模式使得表面电荷以太赫兹频率振荡 , 并且这种集体振荡能被看作是极化等离子体激元 。在这种薄膜中就会像在金属中一样 , 当外加电场的频率低于等离子体激元的振荡频率时 , 介电常数为负值 。然而令人意外的是 , 当外加电场的频率趋于零时 , 铁电薄膜中的介电常数仍然保持为负值 , 从而产生负电容效应[5]——这一现象有望降低下一代纳米电子器件的功耗 。
在过去的十年中 , 无线电波段和红外光波段太赫兹半导体器件的开发取得了长足进展 。这些器件的潜在应用包括海量数据的无线传输、远程安全威胁的检测、6G无线技术以及无创医学成像等 。李千和合作者们发现纳米铁电薄膜中的极化涡旋能够以太赫兹量级的频率振动 , 这一发现有助于将太赫兹器件缩小到纳米尺度 , 实现电场驱动下的高速、高密度数据处理 。这一进展还有望促进太赫兹光电子学(terahertz optoelectronics)和等离子体光子学(plasmonics)、超快数据交换和新兴计算机电路中的芯片内通信技术的发展 。
参考文献:
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原文以Dynamics of polarization vortices revealed in a ferroelectric material为标题发表在2021年4月14日的《自然》的新闻与观点版块上
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doi: 10.1038/d41586-021-00887-2
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来源:物镜世界