Observation des vagues de densité de polarisation dans SrTiO3

La nature de la transition ferroélectrique incipiente dans SrTiO3 a été un casse-tête de longue date en physique de la matière condensée. Une explication implique la compétition entre la ferroélectricité et une instabilité caractérisée par la modulation mésoscopique de la polarisation. Ces vagues de densité de polarisation, qui devraient s'intensifier près du point critique quantique, brisent la symétrie d'inversion locale et sont difficiles à caractériser avec les méthodes de diffusion des rayons X conventionnelles. Ici, nous sondons la rupture de la symétrie d'inversion à des moments finis et visualisons l'instabilité de la polarisation à l'échelle du nanomètre dans SrTiO3 en combinant un laser à électrons libres à rayons X femtoseconde avec des méthodes de contrôle cohérent terahertz. Nous avons trouvé des modes collectifs acoustiques polaires qui sont souples, en particulier à l'échelle de quelques dizaines de nanomètres. Ces excitations collectives précurseurs fournissent des preuves de la phase modulée mésoscopique conjecturée dans SrTiO3. Bien qu'elle présente des caractéristiques ferroélectriques, SrTiO3 ne parvient pas à afficher un ordre polaire à longue portée à basse température en raison des fluctuations quantiques. Une expérience de diffraction des rayons X ultrarapide sonde maintenant la dynamique polaire de ce matériau à l'échelle du nanomètre.