Nanostrukturerade ferroelektriska material
- Diarienummer
- FFL09-0016
- Start- och slutdatum
- 110101-171231
- Beviljat belopp
- 10 000 000 kr
- Förvaltande organisation
- KTH - Royal Institute of Technology
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Detta projekt handlar om framställning och studier av nano-domänstrukturer I ferroelektriska kristaller och deras användning i optiska tillämpningar. Detta är ett gränsöverskridande fält mellan materialvetenskap och optisk fysik. Det innehåller både fundamentala studier av hur ferroelektriska domäner skapas och hur de kan manipuleras. Kunskapen och teknologin skall i projektet successivt användas för att skapa nya typer av optiska komponenter, bl.a. baserat på motpropagerande optiska fält, elektro-optiska effekten och plasmon-polariton koppling. Specifika mål är: •"Tillverkning av 1 dimensionella och 2 dimensionella ferroelektriska domängitter med sub-våglängds periodicitet (100-800 nm) för nya optiska och elektro-optiska komponenter. •"Fundamentala studier av den ferroelektriska domänväggen och dess betydelse för optiska processer och för domänydynamik. •"Förstärkt funktionalitet hos de ferroelektriska domänstrukturerna genom modulation av första och andra ordningens sussceptibilitet, och genom ytstrukturering.
Populärvetenskaplig beskrivning
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.