Sub-wavelength structured ferroelectrics
- Reference number
- FFL09-0016
- Start and end dates
- 110101-171231
- Amount granted
- 10 000 000 SEK
- Administrative organization
- KTH - Royal Institute of Technology
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
This project aims at engineering and studies of sub-wavelength domain structures in bulk ferroelectric crystals and their use in optical applications. This is a branching field between material science and optical physics. It comprises both fundamental studies of ferroelectric domain formation and manipulation, and technological implementation of new types of optical devices and components based on counter-propagating, electro-optic and surface plasomon-polariton interactions. Specific goals in this project will be: • Fabrication of 1 dimensional and 2 dimensional ferroelectric domain gratings of sub wavelength periodicity (100-800 nm) for novel optical and electro-optical devices. • Fundamental studies of the ferroelectric domain wall and its impact on optical processes and on the domain dynamics. • Enhancement of the ferroelectric domain structures’ functionality by combining modulation of the first and second order susceptibility, and by surface structuring.
Popular science description
I det här projektet vill vi utveckla nya optiska komponenter baserade på ferroelektriska kristaller. Sådana kristaller har en permanent polarsation som kan inta två motsatta riktningar, precis som magnetiseringen hos en magnet. Ett område med en entydig riktning kallas en domän. Med ett externt elektriskt fält pålagt över kristallen kan polarisationsriktningen hos en domän ändras. Om detta görs periodiskt åstadkoms ett s.k. domängitter i kristallen vilket kan utnyttjas för att styra laserstrålar eller ändra färgen på dem. Om man kan göra dessa domäner mycket mindre än ljusvåglängden kan vi få helt nya effekter. Ett exempel är att en foton som kommer in i en sådan struktur kommer att delas up i två nya fotoner. De nya fotonerna kommer sedan att färdas i motsatta riktingar. Detta kan utnyttjas för att göra nya små lasrar eller för att generera ljus som rör sig långsamt, s.k. slow light. För att tillverka dessa komponenter behöver vi studera hur domäner växer fram i ferroelektriska material och vilka metoder vi kan tillämpa för att få domäner att växa på djupet utan att breddas. Ett specifikt problem vi vill studera är egenskaperna hos den så kallade domänväggen, det vill säga det området som ligger mellan två domäner. Det har nämligen visat sig att dess egenskaper kan vara extremt viktiga för hur hela strukturen beter sig. Brytningsindex är den egenskap som gör att en sked i ett glas vatten ser böjd ut. När man kombinerar nanostrukturer med periodiska ändringar i brytningsindex kan man både generera nya fotoner och böja dem samtidigt. För att periodisk ändra brytningindex kommer vi att använda olika typer av kemikalier, eller en högeffektslaser som ändrar kristallstrukturen. Vi kommer också att använda tunna metallfilmer för att skapa nya optiska effeker i kristallens ytor. Genom belysining kan man excitera plasmoner i metallfilmerna och på så sätt generera starka optiska fält och möjlighet till att fokusera energin på extremt små områden. Kombinerat med våra nanostruktuerkan vi manipulera hur plasmonerna beter sig.