Mechanical and electromechanical properties of ferroelectrics at the nanoscale studied by Atomic Force Microscopy

Resumen

La microscopía de fuerza de respuesta piezoeléctrica (PFM) es una poderosa herramienta para la caracterización electromecánica de materiales ferroeléctricos. En este modo de microscopía de fuerza atómica (AFM), un voltaje de CA externo excita la muestra y se mide su respuesta piezoeléctrica, proporcionando información sobre la magnitud, la orientación y el signo de la polarización ferroeléctrica. Sin embargo, como muestro en esta tesis, la señal de frecuencia de resonancia de contacto PFM no depende solo de las propiedades electromecánicas de los ferroeléctricos, sino que también se ve afectada por las propiedades mecánicas del material a nanoescala. La investigación desarrollada en esta tesis se centra en la identificación y cuantificación de la respuesta mecánica de materiales ferroeléctricos y su contribución en la respuesta electromecánica total. Esta tesis muestra cómo la respuesta mecánica de los ferroeléctricos puede ser detectada y cuantificada de forma no destructiva utilizando Microscopía de Fuerza Atómica de Resonancia de Contacto (CR-AFM). Esta técnica se ha utilizado para cuantificar la respuesta mecánica de los dominios, que depende tanto de la orientación como del signo de su polarización. Esta asimetría mecánica entre dominios de polarización opuesta permite el concepto de lectura mecánica de la polarización ferroeléctrica. Además de los dominios ferroeléctricos, también se investigaron las paredes de dominio. Las propiedades mecánicas de las paredes del dominio ferroeléctrico de 180º resultan ser claramente diferentes -más suaves- que los dominios adyacentes. Después de haber medido las propiedades mecánicas tanto de los dominios ferroeléctricos como de las paredes del dominio utilizando CR-AFM, las técnicas de AFM de excitación de banda se utilizan para comparar las mediciones mecánicas y electromecánicas en materiales ferroeléctricos. Los resultados muestran que la señal de frecuencia de resonancia de contacto de las mediciones de PFM se puede utilizar para extraer información sobre la respuesta puramente mecánica de los materiales ferroeléctricos, concluyendo que es posible distinguir las propiedades mecánicas de los ferroeléctricos a través de mediciones electromecánicas.

Fecha de lectura	24 may 2022
Idioma original	Inglés
Supervisor	Jordi Sort Viñas (Tutor/a), Domingo Marimon, Neus (Director/a) & Catalán Bernabé, Gustau (Director/a)