Физики исследовали доменную динамику сегнетоэлектрика при циклическом изменении приложенного поля в просвечивающем электронном микроскопе. Они выяснили, что домены демонстрируют различный характер баркгаузеновских скачков в зависимости от того, взаимодействует домен с решеткой или с другим доменом, а также обнаружили элементарный механизм, приводящий к деградации сегнетоэлектрика.

Исследование опубликовано в Physical Review Letters.

Наведение электрического поля на вещество вызывает в нем перераспределение зарядов, что выражается в индуцированной поляризации. Однако существуют среды, называемые сегнетоэлектриками, в которых поляризация существует даже в отсутствие внешних полей. Это вызвано одинаковым направлением локальных диполей, чей порядок сохраняется в пределах некоторого домена.

Направление этой поляризации можно менять, прикладывая электрическое поле. Зависимость поляризации сегнетоэлектриков от величины поля при детальном рассмотрении оказалась не гладкой, а ступенчатой функцией. Этот эффект носит имя Баркгаузена — физика, обнаружившего его в ферромагнетиках. Он объясняется различными неоднородностями в кристаллах, которые препятствуют непрерывной перестройке доменных стенок.

В зависимости от конкретных кристаллов происхождение скачков Баркгаузена может быть различным. Так, в керамике и монокристалле BaTiO₃ для доменов игольчатой формы характерно задержка их стенок на дефектах, их слияние и изменение формы. Во многом выявление конкретного механизма зависит от применяемого метода, не все из которых обладают достаточным временным или пространственным разрешением. Просвечивающая электронная микроскопия лишена этих недостатков, но ее применение упирается в неоднородность электрического поля и чувствительность структуры к пропусканию через нее электронов.

Рейнис Игнатанс (Reinis Ignatans) и его коллеги из Федеральной политехнической школы Лозанны смогли добиться стабилизации электрического поля при визуализации в реальном времени доменной динамики в монокристалле BaTiO3 с помощью просвечивающего электронного микроскопа.