氧化物顺电体中红外光诱导铁电性提案

我展示了可以利用中红外脉冲诱导非平衡顺电-铁电相变。这依赖于顺电材料最低(Q_{\textrm{l_z}})和最高(Q_{\textrm{h_x}})频率红外活性声子模式之间的四次lQ_{\textrm{l_z}}^2Q_{\textrm{h_x}}^2耦合。密度泛函计算表明耦合常数$l$为负，这导致当Q_{\textrm{h_x}}模式被外部泵浦时，Q_{\textrm{l_z}}模式软化。沿Q_{\textrm{l_z}}坐标的稳定非平衡铁电态的整流仅在泵浦脉冲电场超过临界阈值时发生，表明这是一种非微扰现象。对光与Q_{\textrm{h_x}}模式之间耦合的第一性原理计算表明，在以应变KTaO$_3$为代表的案例中，可通过峰值电场17 MV cm$^{-1}$、持续时间2 ps的中红外脉冲诱导铁电性。此外，其他奇阶非线性耦合使得可以任意关断光诱导铁电态，使该技术可用于全光器件。