Theoretical and experimental investigation on the visible-light controlled functional properties in charged domain wall ferroelectrics
| dc.contributor.advisor-co1 | García, Jose Eduardo | |
| dc.contributor.advisor-co1orcid | https://orcid.org/0000-0002-1232-1739 | por |
| dc.contributor.advisor1 | Venet Zambrano, Michel | |
| dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/4256279833398263 | por |
| dc.contributor.advisor1orcid | https://orcid.org/0000-0002-0969-4999 | por |
| dc.contributor.author | Ordoñez Pimentel, Jonathan | |
| dc.contributor.authorlattes | http://lattes.cnpq.br/6513891083706993 | por |
| dc.contributor.authororcid | https://orcid.org/0000-0003-1065-5775 | por |
| dc.date.accessioned | 2023-05-03T14:04:53Z | |
| dc.date.available | 2023-05-03T14:04:53Z | |
| dc.date.issued | 2023-04-13 | |
| dc.description.abstract | Optical control of ferroelectric properties have been attracted a growing interest as an alternative to the conventional control by applied electric fields. However, the major drawback for achieving an effective reversible optical control of domain rearrangement in conventional ferroelectrics lies in their wide optical band gap. Recent researches have reported a new form to optically control of electric polarization and its related properties by using visible light. Specifically, a light-induced local movement of domain walls was achieved, whose effects shown that the photoresponse at both local and macroscopic scales is wavelength-independent. This new phenomenon of light-matter coupling has a non-negligible time response and no light power threshold was observed. Such characteristics are observed through the crystal lattice structure, photo-induced strain and dielectric permittivity. In addition, experimental evidences suggest that the light-activated phenomenon seems to be correlated with the existence of atypical ferroelectric interfaces, known as charged domain walls, whose principal signature is to host free and bound electric charge. Undoubtedly, this phenomenon offers new possibilities for technological applications that are as yet unexplored. This thesis focuses in overcome some questions that remains to be solved concerning to this light-activated phenomenon. That is: What is the physical insight about the photo-ferroelectric response? Is the extension towards polycrystalline materials feasible? Are there other physical properties different from those already controlled enable to be modified? To answer these question, the thesis divides into two parts: one theoretical and another one experimental. In the first part, a phenomenology model describing the visible light-induced photoresponse is developed, which assumes that visible light modifies charged domain wall compensation so that the built-in electric fields in the system changes, thereby triggering the domain wall motion. As a result, a rearrangement of the domain structure occurs, leading to a macroscopic polarization variation and, consequently, the related properties. Regarding to extension towards polycrystalline materials, it is successfully proved that photoresponse can be observed by the optical control of the photo-induced strain. Furthermore, it is proved the hypothesis that the existence of charged domain walls is a requirement for the photoresponse to manifest. Finally, the thesis reports for first time that the mechanical response of a ferrolectric ceramics can be modulated by visible light, highlighting the role of the charged domain walls. In a broader perspective, this work contributes to extending the fundamental knowledge based on light-ferroelectric coupling, opening new opportunities to speed up the development of a new generation of contact-less photoelectronic devices. | eng |
| dc.description.resumo | O controle óptico das propriedades ferroelecitricas tem despertado um interesse crescente como alternativa ao controle convencional feito mediante campos elétricos aplicados. No entanto, a principal desvantagem com o intuito de atingir um controle óptico reversível eficaz do rearranjo de domínios em ferroelétricos convencionais reside no amplo gap de banda. Pesquisas recentes reportaram uma nova forma de controlar opticamente a polarização elétrica e suas propriedades relacionadas usando luz visível. Especificamente, foi obtido um movimento local induzido pela luz das paredes de domínio, cujos efeitos mostraram que a fotorresposta em ambas as escalas local e macroscópica é independente do comprimento de onda. Este novo fenômeno de acoplamento entre luz e matéria tem um tempo de resposta não desprezível, assim como nenhum limiar na potência da luz foi observado. Tais características são observadas através da estrutura da rede cristalina, deformação e permissividade dielétrica fotoinduzidas. Além disso, evidências experimentais sugerem que o fenômeno ativado por a luz parece estar correlacionado com a existência de interfaces ferroelétricas atípicas, conhecidas como paredes de domínio carregadas, cuja caraterística principal é possuir um acúmulo de carga elétrica livre e ligada. Sem dúvida, esse fenômeno oferece novas possibilidades de aplicações tecnológicas ainda inexploradas. Esta tese visa responder algumas questões que ainda precisam ser resolvidas sobre esse fenômeno ativado por luz. Ou seja: qual é a origem física sobre a resposta fotoferroelétrica? A extensão para materiais policristalinos é viável? Existem outras propriedades físicas diferentes das já controladas possíveis de modificar? A fim de responder a estas questões, a tese divide-se em duas partes: uma teórica e outra experimental. Na primeira parte, é desenvolvido uma modelo fenomenológico que descreve a fotorresposta induzida pela luz visível, que supõe que a luz visível modifica a compensação de carga na parede de domínio carregada levando a que os campos elétricos existentes no sistema mudem, desencadeando assim o movimento das paredes de domínio. Como resultado, ocorre um rearranjo da estrutura do domínio, levando assim a uma variação macroscópica da polarização e, consequentemente, das propriedades relacionadas. Em relação à extensão para materiais policristalinos, provou-se com sucesso que a fotorresposta pode ser observada mediamte o controle óptico da deformação fotoinduzida. Além disso, é comprovada a hipótese de que a existência de paredes de domínio carregadas são um requisito para que a fotorresposta se manifeste. Finalmente, este trabalho mostra pela primeira vez que a resposta mecânica de uma cerâmica ferroelétrica pode ser modulada pela luz visível, destacando o papel das paredes de domínio carregadas Numa perspectiva mais ampla, este trabalho contribui para ampliar o conhecimento fundamental baseado no acoplamento entre a luz vissível e os materiais ferroelétricos, abrindo novas oportunidades para acelerar o desenvolvimento de uma nova geração de dispositivos fotoeletrônicos controlados mediante illuminação. | por |
| dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) | por |
| dc.description.sponsorshipId | 88882.426688/2019-01 | por |
| dc.description.sponsorshipId | 88881.690377/2022-01 | por |
| dc.identifier.citation | ORDOÑEZ PIMENTEL, Jonathan. Theoretical and experimental investigation on the visible-light controlled functional properties in charged domain wall ferroelectrics. 2023. Tese (Doutorado em Física) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2023. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/17924. | * |
| dc.identifier.uri | https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/17924 | |
| dc.language.iso | eng | por |
| dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | por |
| dc.publisher.address | Câmpus São Carlos | por |
| dc.publisher.initials | UFSCar | por |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Física - PPGF | por |
| dc.rights | Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil | * |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/ | * |
| dc.subject | Materia condensada | por |
| dc.subject | Materias ferroelétricos | por |
| dc.subject | Interação de luz com a matéria | por |
| dc.subject | Propriedades mecânicas | por |
| dc.subject | Propriedades elétricas | por |
| dc.subject | Paredes de domínio | por |
| dc.subject | Condensed matter | eng |
| dc.subject | Ferroelectric materials | eng |
| dc.subject | Charged domain walls | eng |
| dc.subject | Ligth-matter interaction | eng |
| dc.subject | Mechanical properties | eng |
| dc.subject | Electric properties | eng |
| dc.subject.cnpq | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA | por |
| dc.subject.cnpq | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA::PROP.OTICAS E ESPECTROSC.DA MAT.CONDENS;OUTRAS INTER.DA MAT.COM RAD.E PART. | por |
| dc.subject.cnpq | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA::PROPRIEDADES MECANICAS E ACUSTICAS DA MATERIA CONDENSADA | por |
| dc.subject.cnpq | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA::SUPERFICIES E INTERFACES; PELICULAS E FILAMENTOS | por |
| dc.subject.cnpq | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA | por |
| dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::MATERIAIS ELETRICOS::MATERIAIS DIELETRICOS, PIESOELETRICOS E FERROELETRICOS | por |
| dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::MATERIAIS ELETRICOS::MATERIAIS E COMPONENTES ELETROOTICOS E MAGNETOOTICOS, MATERIAIS FOTOELETRICOS | por |
| dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOS::CERAMICOS | por |
| dc.title | Theoretical and experimental investigation on the visible-light controlled functional properties in charged domain wall ferroelectrics | eng |
| dc.title.alternative | Investigação teórica e experimental das propriedades funcionais controladas mediante luz visible em ferroelétricos com paredes de domínio carregadas | por |
| dc.type | Tese | por |
Arquivos
Pacote Original
1 - 1 de 1
Carregando...
- Nome:
- Theoretical and experimental investigation on the visible_ligth controlled functional properties in charged domain wall ferroelectrics.pdf
- Tamanho:
- 57.88 MB
- Formato:
- Adobe Portable Document Format
- Descrição: