压电响应稳定的粗糙铁电材料

铁电材料由于其内部结构而具有两种或更多种取向状态的自发电极。这些布置在重合定向的域中。

如果电场足够高,则它们可以切换偏振,这使得能够自定义域模式。1所以,有许多应用华体会双赢棋牌铁电材料在行业中,包括信息技术,通信和数据存储。2

在学术界,研究人员研究了铁电体在新应用方面的潜力,如能量收集。华体会双赢棋牌3、4需要一种具有高空间分辨率的机电表征技术来定制各种应用的铁电畴图案。

铋铁氧体样本的地形上PFM相的三维视图

图1所示。铋铁氧体样品上金属烤瓷相的三维形貌图。

压响应力显微镜(PFM)是一种原子力显微镜(AFM)技术,当施加AC电压时导电尖端扫描在接触模式中的样本。由于所有铁电解中固有的逆压电效应,AC电压引起由悬臂检测的周期性变形。

局域取向被压电响应的相位信号映射,而幅度图像域壁的位置。2在其基本结构中,PFM应用的交流激励频率远小于悬臂梁的箝位接触谐振频率。

然而,对于足够的分辨率,具有低固有压电响应的材料,例如对高励磁场或铁电薄膜敏感的样品,需要放大压电响应。在这种情况下,共振增强的PFM通过在接触谐振附近的交流电压驱动,通过悬臂使用自然放大。

由于接触共振强烈地依赖于针尖-样品接触的稳定性,高表面粗糙度,例如多晶薄膜,可以通过改变接触共振来引入PFM振幅的跳跃。在最坏的情况下,共振偏移会导致相位信号完全反转。2、5

通过跟踪悬臂梁的接触共振,双频共振跟踪(DFRT)稳定了共振增强的压电响应:在共振的每一侧产生两个边带,如图2所示。

PPP-EFM悬臂梁(k=2.8 N/m)对BFO样品的频率扫描,接触共振为蓝色,两个边带为红色和绿色,距离共振3khz

图2。PPP-EFM悬臂(K = 2.8N / m)对BFO样品的频率扫描,其中蓝色和两个边带中的接触共振来自谐振的红色和绿色3 kHz。

除了地形反馈外,第二反馈还通过比较边带幅值比来调节交流激励频率,使边带幅值比保持不变。5

通过使用a,在此进行铁电材料铋铁素体(BFO)的DFRT PFM能力公园系统NX20 AFM加上一个苏黎世仪器HF2锁定放大器(LIA)。

单频共振增强的PFM由于BFO表面粗糙度(最明显的是PFM振幅)而产生严重的不稳定性。通过测量DFRT PFM中的样品(图3),稳定了PFM的振幅,并从样品表面的台阶边缘或凹痕处降低了整体的地形串扰。

在BFO上进行DFRT PFM测量,通过图像不同区域的线轮廓显示样品形貌(a)、PFM振幅(b)和PFM相位(c)。交流励磁是1v。

图3。在BFO上进行DFRT PFM测量,通过图像的不同区域显示样品形貌(a)、PFM振幅(b)和PFM相位(c)的线轮廓。交流励磁是1v。

PFM的振幅提供了一个特别尖锐的畴壁对比度,可以通过局部信号的最小值来识别。PFM相位在相反取向域之间提供了明显的180°相位差。与任何地形特征相关的相位或振幅,不包括PFM信号的地形原点。

此外,收集所有可用的信号,包括振幅、相位和频率的变化显然和载波信号,可以通过数据采集模块(数据收集)苏黎世仪器HF2 LIA̶直接同步推动的公园系统afm和HF2小冰期,如图4所示。

通过Park Systems SmartScan软件和苏黎世仪器Labone软件同步DFRT-PFM数据成像。

图4。通过Park Systems SmartScan软件和苏黎世仪器Labone软件同步DFRT-PFM数据成像。

综上所述,DFRT PFM在铁电材料上稳定压响应成像的能力,为畴型的表征提供了更可靠的手段,特别是在粗糙的多晶样品上。

致谢

由最初由Ilka M. Hermes撰写的材料制作,来自Park Systems Europe GmbH和Romain Stomp来自苏黎世仪器AG。

参考文献和进一步阅读

  1. Tagantsev,A.K.,Cross,L. E.&Fousek,J.域中的铁晶和薄膜。13,(2010年Springer,2010)。
  2. Soergel,E.压电响应力显微镜(PFM)。J. Phy。D. Appl。物理。44,464003(2011)。
  3. 巴特勒,K. T., Frost, J. M. & Walsh, A.太阳能转换的铁电材料:光铁材料的重新考察。能源环境。Sci. 8,838 - 848(2015)。
  4. 弗里金,V.M. PhotoFroolics。9,(2012年Springer Science&Business Media)。
  5. 双频共振跟踪原子力显微镜。纳米技术18,475504(2007)。

这些信息的来源,审查和改编自公园系统欧洲提供的材料。

关于这个来源的更多信息,请访问欧洲公园系统。

引用

请使用以下格式之一在您的论文,纸张或报告中引用本文:

  • 美国心理学协会

    欧洲公园系统。(2020年8月18日)。粗糙铁电材料的压响应稳定。AZoNano。于2021年3月13日从//www.quint-software.com/article.aspx?ArticleID=5538检索。

  • MLA.

    欧洲公园系统。粗糙铁电材料的压敏稳定。AZoNano。2021年3月13日。< //www.quint-software.com/article.aspx?ArticleID=5538 >。

  • 芝加哥

    欧洲公园系统。粗糙铁电材料的压敏稳定。AZoNano。//www.quint-software.com/article.aspx?ArticleID=5538。(于2021年3月13日生效)。

  • 哈佛大学

    欧洲公园系统。2020。压电响应稳定的粗糙铁电材料。AZoNano,观看2021年3月13日,//www.quint-software.com/article.aspx?ArticleID=5538。

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