Ferroelektriska domäner skrivna av PFM uppvisar en subtil strukturell distorsion som kan observeras direkt med hjälp av hårdröntgen-nanodiffraktionsmikroskopi.
(PhysOrg.com) -- Användare från University of Wisconsin-Madison och Center for Nanophase Materials Science, arbetar med röntgenmikroskopigruppen, har upptäckt strukturella effekter som åtföljer litografin i nanoskala av ferroelektriska polarisationsdomäner. Resultaten kastar nytt ljus över fysiken för strukturella förändringar som induceras under denna modell nanoskala litografiska process.
Utvecklingen av metoderna för att manipulera nanoskaliga mönster på deras grundläggande längdskalor har lett till en enorm tillväxt i tillämpningarna av skanningsproblitografi. Potentialen med dessa förmågor har ännu inte fullt ut realiserats, delvis för att det stora antalet ibland subtila fysiska processer som är involverade ännu inte har beskrivits tillräckligt väl. Röntgen-nanodiffraktionsmikroskopi utförd vid Hard X-Ray Nanoprobe-strållinjen användes för att undersöka ett mönster skrivet i ett ferroelektriskt skikt med användning av ferroelektrisk nanolitografi med skanningssond. Denna anpassning av piezoresponskraftmikroskopi (PFM) kan användas för att skriva godtyckliga domänmönster i nanoskala i en ferroelektrisk tunn film. Det stabila töjningsmönstret som observerats visar att filmens övergripande form är oförändrad, men den elektriska polarisationen är modifierad.
Modellering visar att skrivprocessen inducerar ett strukturellt elektromekaniskt svar på oskärmade laddningar vid ytor och gränssnitt, ändra den lokala fria energin för skrivna ferroelektriska domäner.
Den ferroelektriska litografimetoden är ett av ett antal nya sätt att kontrollera frihetsgrader i nanoskala med skanningssonder, som i andra system också kan ge kontroll över magnetiska och laddningsordnade domäner. Forskarna fann att en kristallografisk förvrängning i gittret av det ferroelektriska Pb(Zr, Ti)O 3 (PZT) tunn film uppstår från det elektromekaniska svaret i nanoskala på oskärmade laddningar vid ytor och gränssnitt. Den resulterande ökningen av den fria energin för skrivna domäner som härleds från detta utgör en viktig gräns för ferroelektrisk nanolitografi. Baserat på denna insikt, det kommer att vara möjligt att utöka kapaciteten för PFM och andra nanoskala mönstringsmetoder med hjälp av direkt lokal strukturell information.
