铁电薄膜中应变梯度的巨大光学增强及其物理起源

应变梯度与极化之间的耦合，即挠曲电性，提供了一种控制介电材料功能的新机制。然而，为使该效应具有实际吸引力，需要对应变梯度进行动态控制，其量级远超通过机械变形可实现的（~10 $m^{-1}$）。应变工程薄膜由于短空间范围内的结构弛豫而表现出 $10^5-10^6 m{-1}$ 的异常应变梯度，极大增强了稳态挠曲电效应。在此，我们报道了在铁电 BiFeO3 外延薄膜中，通过 X 射线衍射的时间依赖相干分析，观察到巨大的、光引发的应变梯度动态增强，其量级同样为 $10^5 -10^6 m^{-1}$。该发现为挠曲电效应与光的动态耦合打开了大门，使得极化的光学开关成为可能，从而实现了诸如非易失性铁电存储器的直接光学写入等应用。时间分辨 X 射线散射与光学光谱的结合表明，应变梯度的增强是由瞬态屏蔽电场驱动的压电效应所致，这为在应变工程铁电薄膜中研究挠曲电效应提供了新途径。