响应式图像

压电响应力显微镜

压电响应力显微镜(PFM)的基本思想是通过电场局部影响压电样品表面并分析样品表面的位移[1]。

PFM技术基于逆压电效应,这是材料的电气和机械性能之间的线性耦合。由于所有铁电体均表现出压电性,因此施加到铁电体样品上的电场会导致其尺寸发生变化。

为了检测极化方向,AFM尖端用作顶部电极,该电极在样品表面上移动。

在“简介1”动画中,可以看到在“接触恒力”模式下,施加在扫描尖端上的电压对铁电薄膜中平面外和平面内区域的反应。样品中产生的电场使平行于电场的极化区域扩展而相反极化的区域收缩。

如果极化矢量垂直于电场,则沿电场方向不会发生压电变形,但是在铁电体中会出现剪切应变,从而导致样品表面沿极化方向平行于其自身发生位移。

AFM探头尖端根据表面位移移动会导致悬臂法向或扭转(由于摩擦)变形。偏转的方向取决于电场和畴极化的相互取向。相应地,在交流电场的情况下(请参见简介2动画),电场和悬臂偏转之间的相位滞后将取决于它们的相互定向。通常,通过分析法向和扭转悬臂振动的幅度和相位,可以重构样本域结构。

References

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