Ein Forschungsteam unter Leitung des Forschungszentrums European XFEL in Deutschland hat eine neue Methode entwickelt, um die Eigenschaften ferroelektrischer Materialien mithilfe von Lichtpulsen zu manipulieren. Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht. Die Experimente wurden am European X-ray Free Electron Laser (EXFL) bei Hamburg durchgeführt und bieten einen neuen Ansatz für die Entwicklung schneller, energiesparender elektronischer Geräte.

Das Forschungsteam nutzte ultrakurze, hochenergetische Laserpulse, um Elektronen in einem Bariumtitanatkristall anzuregen. Dabei gelang es dem Team, innerhalb von 350 Femtosekunden eine Änderung des Polarisationszustands zu erreichen und erstmals experimentell die Entkopplung der Polarisation von der Gitterverzerrung zu beobachten. „Unsere Messungen zeigen, dass die Polarisation primär durch photoangeregte Elektronen und nicht durch strukturelle Verzerrungen gesteuert wird“, sagte Le Phuong Hoang, Wissenschaftler am European XFEL. „Dies eröffnet neue Möglichkeiten für das Design elektronischer Bauteile.“

In der Studie wurden SCS-Instrumente eingesetzt, um Veränderungen der Polarisation, der Gitterstruktur und des elektronischen Zustands des Materials gleichzeitig mit einer Zeitauflösung von 90 Femtosekunden zu verfolgen. Die Experimente zeigten, dass die optische Steuerung schneller ist als die herkömmliche Steuerung elektrischer Felder und keine komplexen Schaltungsstrukturen erfordert. Studien-Co-Autor Giuseppe Mercurio bemerkte: „In Zukunft könnten Lichtimpulse elektrische Felder ersetzen, um bestimmte Polarisationszustände zu erreichen. Ähnliche Methoden könnten erweitert werden, um die magnetischen Eigenschaften multiferroischer Materialien zu steuern.“

Dieser technologische Durchbruch markiert einen bedeutenden Fortschritt in der lichtgesteuerten Elektronik und bietet potenzielle Anwendungen in der Sensorik, der Datenspeicherung und der energieeffizienten Informationsverarbeitung. Laut Forschern erhöht diese Methode nicht nur die Manipulationsgeschwindigkeit, sondern bietet auch einen neuen Ansatz zur Regulierung von Materialeigenschaften, der über das traditionelle Probendesign hinausgeht.

Weitere Informationen: Le Phuong Hoang et al., „Ultrafast decoupling of polarization and strain in ferroelectric BaTiO 3 “, Nature Communications (2025). Zeitschrifteninformationen: Nature Communications