铁电材料的纳米尺度压电响应力显微术研究进展

压电响应力显微术是在原子力显微镜的基础上,利用材料自身逆压电效应来探测样 品表面形变的一类技术总称.现已作为铁电材料研究的重要手段,应用于纳米尺度畴结构的三 维成像、畴结构的动态研究、畴结构控制和微区压电、铁电、漏电等物理性能表征等领域.本 文就近年来利用压电响应力显微术对铁电材料的研究方面作一综述.

PMN-PT弛豫铁电单晶畴结构的压电响应力显微术研究

利用压电响应力显微术开展了PMN-PT弛豫铁电单晶铁电畴结构的三维极化取向成像、畴结构的不均匀性及极化状态稳定性机理的研究.揭示了纳米尺度畴结构的不均匀性源于纳米尺度极性微区的相互作用和无规场之间的共同调制,而单晶表面屏蔽电荷机制主要源于大气环境下水的溶解性吸附,该机制对PMN-PT单晶中畴状态的稳定性及材料最佳性能的发挥起着重要作用.

Ba_(1-x)Sr_xTiO_3陶瓷电畴的压电响应力显微研究

采用常规固相反应法制备了Ba1-xSrxTiO3(x=0.7,0.4,0.1)陶瓷,利用扫描力显微镜的压电响应模式得到了压电响应像,并观察到了外加直流电压时的电畴诱导和极化反转.在10V电压下(样品厚90μm,下同),室温时顺电体Ba0.6Sr0.4TiO3中诱导出了铁电畴,而顺电体Ba0.3Sr0.7TiO3中并未诱导出铁电畴.12V和-12V电压下,Ba0.9Sr0.1TiO3中的电畴发生了明显的极化反转.对x=0.4、0.1的样品使用透射电子显微镜进行观察,发现室温下前者无电畴,进一步验证了压电响应图像的结果;后者有电畴,且为鱼刺状的畴结构.同时对顺电相Ba1-xSrxTiO3材料中非线性介电特性的起源进行了探讨。

PMN-PT单晶铁电畴的扫描探针显微术

利用在商用原子力显微镜基础上自行建立的压电响应力显微术(PFM)和低频扫描探针声学显微术(LF-SPAM)系统地开展了PMN-PT弛豫铁电单晶铁电畴结构的高分辨率成像研究。成功地观察到了准同型相界附近不同组成的PMN-PT弛豫铁电单晶精细的纳米铁电畴构型。首次获得了内应力诱导的"W"形状电畴结构的低频扫描探针声学像及其声成像频率特性,揭示了铁电畴的声成像机制源于不同极化取向铁电畴与探针互作用的接触刚性。

纳米声学及近场声成像技术

纳米声学是近年来迅速发展的新的学科领域,旨在亚微米和纳米尺度上来"听到"和"看到"我们尚未发现的物质世界。而近场声成像技术,像扫描探针声显微术(Scanning ProbeAcoustic Microscopy,SPAM)和压电响应力显微术(Piezoresponce Force Microscopy,PFM)等,不仅具有亚微米和纳米分辨力,而且能方便地对试样微区的表面形貌,材料的力学和电学等性质进行成像,是开展纳米声学研究的有效手段。文章结合实验结果,对SPAM和PFM等近场声成像技术作了简要介绍。