【半导体原位表征】Nature Commun.:物理所揭示原子分辨下的铁电涡旋畴的原位力学转变过程


发布时间:

2023-12-14

通过复杂的晶格-电荷相互作用形成的铁电涡旋畴在纳米电子器件研发中具有巨大的应用潜力。实际应用中,如何在外界激励下操纵这类结构的拓扑状态是至关重要的。中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心表面物理国家重点实验室与北京大学、湘潭大学和美国宾夕法尼亚大学研究团队合作,利用原子分辨的双球差矫正电镜,通过施加局部机械载荷操纵PbTiO3/SrTiO3超晶格中的涡旋。

通过复杂的晶格-电荷相互作用形成的铁电涡旋畴在纳米电子器件研发中具有巨大的应用潜力。实际应用中,如何在外界激励下操纵这类结构的拓扑状态是至关重要的。中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心表面物理国家重点实验室与北京大学、湘潭大学和美国宾夕法尼亚大学研究团队合作,利用原子分辨的双球差矫正电镜,通过施加局部机械载荷操纵PbTiO3/SrTiO3超晶格中的涡旋。旋涡在外压应力作用下发生平面内极化转变,并在应力消除后自发恢复。

该成果结合了实时原子成像技术和像场模拟计算,揭示了原子尺度上的相变过程。这些发现为未来的纳米电子学器件提供了控制奇异拓扑铁电结构的新途径,也为理解纳米尺度晶格电荷相互作用提供了有价值的见解。该工作以"Atomic Imaging of Mechanically Induced Topological Transition of Ferroelectric Vortices"为题发表在《Nature Communications》上。中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心表面物理国家重点实验室白雪冬研究员、北京大学高鹏教授和湘潭大学谭丛兵教授为本文的通讯作者。中科院物理研究所的陈潘博士研究生是该文章的第一作者。

文章链接:https://www.nature.com/articles/s41467-020-15616-y

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图1:标题及作者

  

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图2:原位TEM研究实验方法

在高分辨原位力学实验中,样品搭载在PicoFemto®双倾原位STM-TEM样品杆上,通过β方向倾转装置可以轻松找到理想的观测角度。可三维操纵的钨探针作为压头向样品原位施加压力,该压缩过程可以轻松拍摄到原子分辨视频。

注:原子分辨原位压缩视频请详询客服。

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图3:PbTiO3/SrTiO3超晶格中涡旋畴的表征

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图4:涡旋畴在外力作用下的转变  

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图5:涡旋畴力学转变过程中的结构变化

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图6:涡旋畴力学转变和恢复过程的原子分辨照片

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图7:本文中使用的PicoFemto®原位双倾TEM-STM样品杆

安徽泽攸科技有限公司是一家具有完全自主知识产权的科学仪器公司, 自20世纪90年代开始投入电镜及相关附件研发以来,研发团队一直致力于为纳米科学研究提供卓越的仪器。目前,公司有包括PicoFemto系列原位TEM测量系统原位SEM测量系统ZEM系列台式扫描电镜JS系列台阶仪纳米位移台二维材料转移台探针台及低温系统光栅尺等在类的多个产品线,在国内外均获得了高度关注,填补了国家在高端精密仪器领域的诸多空白。