Микроскопия пьезоотклика

Основная идея Силовой Микроскопии Пьезоотклика (СМП) заключается в локальном воздействии на пьезоэлектрический образец электрическим полем и анализе результирующего смещения его поверхности под зондом [1].

Методика СМП основана на обратном пьезоэффекте, который заключается в линейной связи между электрическим полем и механической деформацией. Поскольку все ферроэлектрики обладают пьезоэффектом, то приложение электрического поля к ферроэлектрическому образцу приводит к изменению его размеров. Для определения вектора поляризации острие АСМ зонда используется в качестве верхнего электрода, который перемещается по поверхности образца.

В анимации Введение 1 можно видеть реакцию продольных и поперечных доменов в пленке ферроэлектрика на напряжение, приложенное к сканирующему зонду в контактной АСМ. Электрическое поле, генерируемое в образце, обуславливает растяжение доменов с направлением поляризации совпадающим с направлением электрического поля и сжатие доменов с поляризацией направленной против электрического поля.

Если вектор поляризации перпендикулярен направлению электрического поля, пьезоэлектрическая деформация вдоль направления поля отсутствует, но возникают сдвиговые напряжение в ферроэлектрике, приводящие к смещению поверхности параллельно самой себе вдоль направления поляризации.

Перемещение острия АСМ зонда в соответствии со смещением поверхности приводит к нормальным или торсионным (вследствии трения) изгибам кантилевера. Направление изгиба зависит от взаимной ориентации электрического поля и поляризации домена. Соответственно в случае приложения переменного электрического поля (см. Введение 2) от их взаимной ориентации зависит сдвиг фазы между перемещениями кончика зонда и направления электрического поля. В общем случае путем анализа амплитуд и фаз нормальных и торсионных колебаний кантилевера можно реконструировать доменную структуру.

Ссылки

  1. M. Alexe, A. Gruverman (Eds.). Nanoscale Characterisation of Ferroelectric Materials. Scanning Probe Microscopy Approach. Springer, 2004.