Control de la polarización ferroeléctrica mediante luz

El acoplamiento entre magnitudes físicas que a priori no están directamente relacionadas ha centrado y está centrando muchos de los esfuerzos de la comunidad científica. Por ejemplo, el descubrimiento de la relación entre la orientación de la imanación de un material magnético y su resistencia, descubierta hace ya más de 100 años por W. Thomson (Lord Kelvin) [1], es la base de muchas de las brújulas electrónicas comercializadas actualmente. Este es un ejemplo en el cual la unión de magnetismo y electricidad dio luz a un nuevo fenómeno físico con importantes consecuencias en el campo de las aplicaciones. De la misma forma Alexandre Edmond Becquerel hizo otro experimento dónde se cruzaban dos fenómenos físicos en ese tiempo disconexos hace casi 180 años [2]. En su caso fue la medida de la corriente generada en un sistema basado en un electrolito mientras este era iluminado. Era el germen de la conversión de la luz en energía eléctrica. Este fenómeno físico es la base del control remoto de la televisión, las celdas fotovoltaicas, o algunos de los sensores que impiden que se cierre una puerta de parking en presencia de un coche o persona y un largo etcétera.

Los materiales ferroeléctricos son aquellos que muestran una carga superficial de manera espontánea. Esta puede ser manipulada, como es lógico, mediante la aplicación de campos eléctricos. En los años 1960 V. Fridkin [3] lideró, entre otros, las primeras investigaciones entre el acoplamiento de este fenómeno, la ferroelectricidad, y la luz. Todo y que en esa época ya se conocía la relación entre luz y propiedades eléctricas, estudiar el acoplamiento entre luz y ferroelectricidad no tenía precedentes. Mediante medidas experimentales se demostró el gran acoplamiento existente entre la polarización ferroeléctrica y la luz. Sin embargo, estos fenómenos se limitan al espacio de tiempo en el que el material está iluminado, y no se esperaban, ni se observaron, efectos permanentes después de la iluminación.

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En un trabajo reciente publicado en la revista ACS Applied Materials & Interfaces, investigadores del ICMAB-CSIC y el ICN2 liderados por Ignasi Fina y Josep Fontcuberta, en colaboración con teóricos de la Universidad de Pensilvania (USA), estudian el fenómeno de manipulación de la ferroelectricidad mediante luz de forma permanente y reversible en capas delgadas de BaTiO3 (el material ferroeléctrico por excelencia). Mediante el análisis detallado de los resultados funcionales en combinación con técnicas de espectroscopia de superficies y caracterización estructural se concluye que la razón última que permite el cambio permanente de la polarización por el efecto de la luz es la acción combinada de la generación de cargas en el seno del material ferroeléctrico, permitiendo la desorción de adsorbatos presentes en la superficie.

Fanmao Liu, Ignasi Fina, Guillaume Sauthier, Florencio Sánchez, Andrew M. Rappe, and Josep Fontcuberta, Control of the Polarization of Ferroelectric Capacitors by the Concurrent Action of Light and Adsorbates, ACS Applied Materials and Interfaces 10, 23968 (2018).

[1]        W. Thomson, On the electro-dynamic qualities of metals:–effects of magnetization on the electric conductivity of nickel and of iron, Proc. R. Soc. London 8, 546 (1856).

[2]        M. Becquerel, Mémoire sur les effets électriques produits sous l’influence des rayons solaires, Comptes rendus hebdomadaires des séances de l’Académie des sciences 9, 561 (1839).

[3]        V. M. Fridkin, Photoferroelectrics (Springer-Verlag Berlin Heidelberg, New York, 1979), Solid State Science 9.

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