研究目的
研究(111)取向外延四方相PbZr0.35Ti0.65O3薄膜中的铁电畴结构及相关拓扑缺陷(如导电特性)。
研究成果
研究表明,电场驱动的极化翻转与三重旋转对称性可在铁电薄膜中形成稳定的超畴结构及具有导电顶点的奇异磁通闭合畴,为纳米电子应用提供可能。未来工作应聚焦于阐明导电机制并探究温度依赖性。
研究不足
该研究的局限性在于压电力显微镜(PFM)观测纳米级子畴的分辨率有限,因拟合参数无法区分某些传导机制(如西蒙斯-肖特基机制与普尔-弗兰凯尔机制),且需通过温度依赖性导电原子力显微镜等进一步研究来阐明传导机制。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用压电力显微镜(PFM)和导电原子力显微镜(c-AFM)分别研究铁电畴结构与导电特性。PFM用于畴成像,c-AFM用于高真空环境下的电导率测量。
2:样品选择与数据来源:
通过金属有机化学气相沉积和射频磁控溅射技术在(111)取向SrTiO3衬底上制备了外延SrRuO3底电极的高质量PbZr0.35Ti0.65O3(PZT)薄膜(约160纳米厚度)。
3:35Ti65O3(PZT)薄膜(约160纳米厚度)。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:设备包括PFM系统(Park Systems的XE-100和Jeol的JSPM-5410)、c-AFM系统(Jeol的JSPM-5410)、导电Pt/Ir涂层探针(Nanosensors的PPP-EFM)、任意波形发生器(Yokogawa的FG300)、锁相放大器(Stanford Research Systems的SR830和Signal Recovery的Model 7265)以及数据分析软件(Park Systems的XEI和Jeol的Winspm II)。材料包含PZT薄膜、SrTiO3衬底和SrRuO3电极。
4:0)、c-AFM系统(Jeol的JSPM-5410)、导电Pt/Ir涂层探针(Nanosensors的PPP-EFM)、任意波形发生器(Yokogawa的FG300)、锁相放大器(Stanford Research Systems的SR830和Signal Recovery的Model 7265)以及数据分析软件(Park Systems的XEI和Jeol的Winspm II)。材料包含PZT薄膜、SrTiO3衬底和SrRuO3电极。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:通过直流样品偏压极化诱导极化翻转。PFM测量时通过底电极施加交流电压。c-AFM在高真空环境下施加样品偏压进行电流测量,并在特定点位获取I-V曲线。
5:数据分析方法:
采用XEI和Winspm II软件处理数据,通过Simmons-Schottky发射、Fowler-Nordheim隧穿、空间电荷限制传导及Poole-Frenkel跳跃等模型评估导电机制。
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获取完整内容-
PFM system
JSPM-5410
Jeol
Used for piezoresponse force microscopy imaging and conductive-atomic force microscopy measurements.
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Arbitrary waveform generator
FG300
Yokogawa
Used for generating waveforms in PFM imaging.
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Lock-in amplifier
SR830
Stanford Research Systems
Used for signal processing in PFM measurements with XE-100 system.
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Data analysis software
Winspm II
Jeol
Used for processing data from JSPM-5410 system.
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PFM system
XE-100
Park Systems
Used for piezoresponse force microscopy imaging to investigate ferroelectric domain structures.
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Conductive tip
PPP-EFM
Nanosensors
Pt/Ir-coated tip used for PFM and c-AFM measurements, grounding the tip during experiments.
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Lock-in amplifier
Model 7265
Signal Recovery
Used for signal processing in PFM measurements with JSPM-5410 system.
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Data analysis software
XEI
Park Systems
Used for analyzing PFM and c-AFM data.
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