Multiferroidide klassi haruldasi materjale iseloomustab üheaegne elektriline ja magnetiline korrastatus. BiFeO3 on üks enamlevinud toatemperatuurseid multiferroide, mille füüsikalisi omadusi saab valgusega muuta. Selle materjali elektri- ja magnetomaduste optilise koste mõistmine tähendaks uut peatükki tulevikutehnoloogia kirjutamata raamatus.
Optiliselt ergastatud BiFeO3 võrestruktuuri mõõdeti Ångströmi täpsusega (10-10 m) aeg-resolutsioon (time resolved) röntgendifraktsiooni meetodil.
Fotoergastatud BiFeO3 struktuurimuutuste füüsika oli hiljaaegugi mõistatuseks. Nähtuse uurimiseks puudusid sobilikud vahendid ja meetodid.
Argonne Advanced Photon Source (APS), Center of Nanoscale Materials (CNM), University of Wisconsin-Madison, Cornell University, Northwestern University, Sandia National Laboratories ning Kavli Institute at Cornell for Nanoscale Science-i teadlaste töörühm avastas aga nanomeetri paksuse kihi BiFeO3 ning valguse interaktsiooni elektroonsed tagamaad. Teadustöö avaldati hiljuti mainekas teadusajakirjas Physical Review Letters.
Valgus põhjustab BiFeO3-s fotovoolu, ent võib samas muuta ka materjali aatomstruktuuri. Trioksiidi praktiliste rakenduste otsijaile on huvitavad mõlemad omadused. „Multiferroidides neeldunud valguse mõju füüsika on olnud meie teadusviljeluse üks keskseid sihte,“ ütles artikli kaasautor ning University of Wisconsin-Madison professor Paul Evans
Materjalide süvastruktuuri uurimise tehnoloogia arengud võimaldasid teadlastel probleemile läheneda uue pilguga. BiFeO3 ergastumis- ja relakseerumisjärgseid struktuurimuutusi mõõdeti ülikiire APS röntgendifraktsioonseadmega. Sama protsessi elektrondünaamika jäädvustati Richard Schalleri juhatusel CNM-i ülikiire spektroskoopia laboris.
„Nägime, et valgusest tingitud materjali ulatuslik sisepinge hääbus mõne miljardiku sekundiga. Osutus, et sama aeg kulus ergastatud elektronide naasmiseks energeetilisse algolekusse,“ ütles artikli põhiautor Haidan Wen. Seega tõestasid vaatlused, et multiferroidi struktuurimuutused olid tingitud enamjaolt elektronprotsessidest.
Kiiremad, energiasäästlikumad ning elektrikontaktita andmetalletusseadmed on optiliselt juhitavate multiferroidide üks võimalikke rakendusi. Teadlased usuvad, et uut katsemeetodit saab kasutada teistegi kompleksmaterjalide uurimiseks.
Järgneva viie aasta jooksul planeeritakse üks APS röntgenkiire impulsi kestvuse vähendamist kuni 50 kordselt. „Nii parandaksime difraktsioonimeetodi lahutusvõimet veelgi. Näeksime elektronide ja aatomite liikumist täpsemalt ning saaksime uurida seniavastamata füüsikat,“ ütles üks artikli autoreist Yuelin Li.
Allikas: Phys.org