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Argomenti trattati
Introduzione
Principi e aspetti strumentali della microscopia a forza piezoresponse (PFM)
Principi di base della PFM
Storia di PFM
Teoria elementare della PFM
Meccanismo di contrasto in microscopia a forza piezoresponse
Artefatti in acquisizione PFM
Polarizzazione Patterning e Self-Assembly via PFM
Piezoresponse e Pseudoferroelectricity in ZnO
Elettromeccanica dei Sistemi Biologici
Studi su scala nanometrica dei materiali multiferroic
Conclusioni
Introduzione
Ferroelettrici sono una sottoclasse di piezoelettrici, ossia materiali che l'esperienza di deformazione meccanica sotto tensione applicata o la ricarica in forza meccanica. Ferroelettrici mostrano una vasta gamma di caratteristiche funzionali, tra alti e commutabile polarizzazione elettrica, piezoelettricità forte, alto non lineare attività ottica, pyroelectricity eccezionale, e notevole comportamento non lineare dielettrico. Queste proprietà sono indispensabili per le applicazioni in numerosi dispositivi elettronici come sensori, attuatori, sensori a infrarossi, filtri a microonde e, recentemente, memorie non volatili, per citarne alcuni. Grazie a questa combinazione unica di proprietà ricercatori e gli ingegneri si sono concentrati sulla visualizzazione dei domini ferroelettrici (aree con direzione di polarizzazione unico) a scale diverse.
I recenti progressi nella sintesi e produzione di ferroelettrici micro e nanoscala portato alla vita nuovi fenomeni fisici e dei dispositivi che devono essere studiate e comprese in questa scala. Come dimensioni struttura sono sempre più piccoli, ferroelettrici mostrano un marcato effetto dimensione che si manifesta in una deviazione significativa delle proprietà di bassa dimensionalità delle strutture da loro analoghi alla rinfusa. In questo senso, ferroelettrici sono simili a materiali magnetici poiché l'energia di superficie non può essere trascurato in piccoli volumi e lungo raggio interazione dipolo è significativamente modificata nelle geometrie ridotte. Dipende anche dal fatto che un ferroelettrico è confinata in una, due, o tutte le strutture tridimensionali.
Dopo la sfida miniaturizzazione, nuove tecniche sono necessari per la valutazione delle proprietà ferroelettrici e piezoelettrici con l'alta risoluzione in ultima analisi, su scala nanometrica. Molte questioni fondamentali sono oggi da affrontare, come effetto del confinamento geometria sulle proprietà ferroelettrici e piezoelettrici, rapporto tra piezoresponse locali e le proprietà macroscopiche, come pure i meccanismi microscopici di commutazione polarizzazione, la stabilità del dominio e del degrado, anche fenomeni di polarizzazione a livello di interfaccia.
Al di là delle nuove applicazioni su scala nanometrica, la funzionalità di film ferroelettrici, ceramica policristallina, e anche singoli cristalli è spesso dominata da difetti che fungono da centri di pinning e nucleazione per le pareti dei domini in movimento e quindi di determinare la piezoresponse. Inoltre, le proprietà uniche elettromeccanico di Relaxor ferroelettrici (materiali con sforzo enorme e costante dielettrica) provengono dalla sinergia di polarizzazione con prodotti chimici e disordine carica su scala nanometrica. Infine, c'è una nuova classe di multiferroics in cui è accoppiato polarizzazione per la magnetizzazione alla scala locale.
Per affrontare i meccanismi fondamentali alla base della funzionalità dei materiali ferroelettrici e dispositivi, strutture di dominio e la loro evoluzione sotto pregiudizi devono essere studiato presso le scale micro e nanometriche. Il rapido sviluppo della microscopia a scansione di sonda e, soprattutto, microscopia a forza piezoresponse (PFM) ha portato ad un avanzamento favolosa in questo settore come verrà evidenziato di seguito dopo la breve descrizione del metodo.