Jonathan Ordóñez Pimentel defiende su tesis sobre acoplamiento luz-materia en materiales ferroeléctricos

El control óptico de las propiedades ferroeléctricas tiene un creciente interés como alternativa viable al control convencional mediante campos eléctricos. El mayor inconveniente para conseguir un control óptico efectivo y reversible de la configuración de dominios ferroeléctricos radica en que los ferroeléctricos convencionales tienen un alto gap de banda. Investigaciones recientes han reportado una nueva forma de controlar ópticamente la polarización eléctrica y sus propiedades relacionadas mediante el uso de luz visible. En particular, se ha conseguido lograr un movimiento local de las paredes del dominio inducido por la luz, cuyos efectos mostraron que la fotorrespuesta a escala local y macroscópica es independiente de la longitud de onda en el espectro visible. Este nuevo fenómeno de acoplamiento luz-materia tiene una respuesta temporal no despreciable y no se observó ningún umbral de potencia de luz. Tales características se han observado a través de la deformación fotoinducida y cambios en la permitividad dieléctrica con luz. Además, las evidencias experimentales sugieren que el fenómeno activado por la luz parece estar correlacionado con la existencia de interfaces ferroeléctricas atípicas, conocidas como paredes de dominios cargadas, cuya característica principal es albergar carga libre y ligada. Sin duda, este fenómeno ofrece nuevas posibilidades de aplicaciones tecnológicas aún inexploradas.

Esta tesis se centra en superar algunas cuestiones que quedan por resolver en relación con este fenómeno activado por la luz. Esto es, ¿Cuál es el origen físico de la respuesta foto-ferroeléctrica? ¿Es factible la extensión de este fenómeno a materiales policristalinos? ¿Existen otras propiedades físicas distintas a las ya controladas que se puedan modificar con luz? Para responder a estas preguntas, la tesis se divide en dos partes: una teórica y otra experimental. En la primera parte, se desarrolla un modelo fenomenológico que describe la fotorespuesta inducida por la luz visible, asumiendo que la luz visible modifica la compensación de la pared de los dominios cargados produciendo un cambio en los campos eléctricos internos del sistema, lo que desencadena el movimiento de las paredes de dominio. Como resultado, se produce un reordenamiento de la estructura del dominio, lo que conduce a una variación de la polarización macroscópica y, en consecuencia, de las propiedades relacionadas con ésta. En cuanto a la extensión hacia materiales policristalinos, en la tesis se demuestra con éxito que la fotorespuesta es observable en policristales mediante el control óptico de la deformación fotoinducida. Además, se prueba la hipótesis de que la existencia de paredes de dominio cargadas es un requisito para que se manifieste la fotorespuesta. Finalmente, la tesis reporta, por primera vez, que la respuesta mecánica de una cerámica ferroeléctrica puede ser modulada por luz visible, destacando el papel de las paredes de dominio cargadas.

Desde una perspectiva más amplia, este trabajo contribuye a ampliar los conocimientos fundamentales basados en el acoplamiento entre luz visible y materiales ferroeléctricos, abriendo nuevas oportunidades para acelerar el desarrollo de una nueva generación de dispositivos fotocontrolados.