¿Cómo se puede cambiar el color de la luz láser? Un método popular para lograr esto es el llamado efecto de segunda generación armónica SHG, que duplica la frecuencia de la luz y, por lo tanto, cambia su color. Sin embargo, observar este efecto no lineal requiereun cristal polar en el que se rompe la simetría de inversión. Por esta razón, identificar cristales que pueden provocar SHG fuertes ha sido un tema de investigación importante, por lo que sus propiedades pueden explotarse para aplicaciones en la ciencia de los materiales.
La observación de fenómenos ópticos no lineales como SHG requiere una susceptibilidad eléctrica finita de segundo orden, que ocurre dentro de cualquier estructura polar sin simetría de inversión, y una fuerte luz láser o pulsos. En el óxido de cobalto de tipo perovskita BiCoO3 utilizado en este trabajo, un apicalEl desplazamiento de oxígeno a lo largo del eje c y una pirámide Co-O5 están presentes en la celda unitaria, lo que resulta en la ruptura de la simetría y una gran polarización espontánea a temperatura ambiente. Para el pulso láser, la fuerte onda electromagnética con un campo eléctrico de hasta ~ 1MV / cm en la región de energía THz fue desarrollado por Hideki Hirori y su equipo en iCeMS y se utilizó para lograr un control ultrarrápido del comportamiento no lineal de BiCoO3.
Yoichi Okimoto en el Instituto de Tecnología de Tokio y sus colegas estaban específicamente interesados en comprender cómo cambia la intensidad de SHG del cristal BiCoO3 cuando se irradia con un pulso láser THz es decir, infrarrojo lejano a temperatura ambiente. Notablemente, una mejora sin precedentes deSe observó SHG en más del 50%, lo que indica que el empleo de luz láser THz de esta manera puede mejorar significativamente la figura del mérito de los cristales no lineales. Además, este efecto se produce en la escala de tiempo de 100 femtosegundos 10-13 s, lo que sugiere que es posibleaplicación a dispositivos optoelectrónicos ultrarrápidos.
Mecánicamente, la mejora ultrarrápida de la segunda señal armónica se puede entender en términos de transiciones dd de estados ocupados a desocupados que existen alrededor de la amplia banda de energía del pulso THz aplicado. Los electrones fotoexcitados alargan los átomos de oxígeno apicales del Co-Las pirámides de O5 en la estructura cristalina a través del acoplamiento electrón-fonón, lo que aumenta su estructura polar y, por lo tanto, la susceptibilidad eléctrica de segundo orden.
Las investigaciones futuras del estado fotoexcitado de BiCoO3 y otros materiales de óxido polar considerarán respuestas ópticas no lineales de orden superior, así como mediciones estructurales ultrarrápidas utilizando el pulso THz para dilucidar detalles mecanicistas adicionales de estos fascinantes materiales.
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Materiales proporcionados por Instituto de Tecnología de Tokio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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