Las superredes compuestas por la yuxtaposición de un material ferroeléctrico y otro dieléctrico han ganado mucho interés en los últimos años debido a las exóticas configuraciones topológicamente no triviales adoptadas por los dominios de polarización y sus asociadas propiedades funcionales. Estas fases representan las contrapartes eléctricas de las texturas de espín presentes en vórtices magnéticos, skyrmiones, merones, entre otros, y ofrecen ventajas significativas, como una mayor densidad de información y respuestas dinámicas ultrarrápidas.
Normalmente, a bajas temperaturas, dichos dominios se encuentran congelados mostrando un ordenamiento cristalino a largo alcance. Sin embargo, al aumentar la temperatura, se vuelven móviles de manera espontánea. Este fenómeno, demostrado experimentalmente en 2016, está relacionado con una de las propiedades más fascinantes de estas estructuras: la capacidad negativa local, que podría representar una revolución en la computación de ultra-bajo consumo energético. No obstante, a pesar de estos avances experimentales, aún no se había encontrado un marco teórico a nivel atómico que explique adecuadamente este fenómeno.
En nuestro artículo, mediante dinámicas moleculares basadas en un modelo atomístico de segundos principios, mostramos cómo los dominios ferroeléctricos pueden perder su orden traslacional y orientacional a distintas temperaturas, de manera análoga a lo que ocurre en los cristales líquidos. Esto explica, a nivel microscópico, el mecanismo responsable de la fusión de los dominios, proporcionando un marco teórico para comprender mejor dicha transición de fase. Nuestras simulaciones además revelan que, bajo ciertas condiciones, un reordenamiento estocástico de los dominios ocurre en la fase intermedia de tipo hexático, con frecuencias típicas que van desde las decenas de gigahercios hasta los terahercios en una estrecha ventana de temperaturas.
Pie de figura: Representación esquemática de las diferentes fases adoptadas por los dominios ferroeléctricos en las superredes PbTiO3/SrTiO3 al aumentar la temperatura (fila superior) y su correspondiente factor de estructura medio (fila inferior). (a) Fase cristalina a baja temperatura caracterizada por el ordenamiento regular de dominios en franjas. (b) Fase tipo hexática a temperaturas intermedias compuesta por dominios serpenteantes que fluctúan de orientación. (c) Fase tipo smectica a altas temperaturas compuesta por dominios burbuja que se disponen (cuasi-)isotrópicamente en el plano.