Scanning Probe Microscopy of Functional Materials Surfaces and Interfaces

Sharma, Pankaj; Seidel, Jan

doi:10.1002/9781119242604.ch3

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“…PFM is a standard technique used extensively to investigate domain microstructure and dynamics of polarization in classical ferroelectric materials. It exploits the converse piezoelectric effect and detects lattice deformation due to an applied electric field (29,30). To ensure pristine surfaces for the investigation, we prepared freshly cleaved WTe 2 single-crystal samples (several tens of micrometers thick; Fig.…”

Section: Ferroelectric Domains In Single Crystalsmentioning

confidence: 99%

“…Nonetheless, if the flow of large electrical currents can be prevented, e.g., by insertion of a dielectric layer between the contacts, then it is possible to apply an electric field to WTe 2 and realize ferroelectric switching. To achieve such a configuration and to preclude the possibility of direct charge injection (30) from the tip into the WTe 2 , we prepared thin film samples in a capacitor geometry (Fig. 3A and see Materials and Methods for details).…”

Section: Probing Ferroelectricity and Polarization Switchingmentioning

confidence: 99%

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A room-temperature ferroelectric semimetal

et al. 2019

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Coexistence of reversible polar distortions and metallicity leading to a ferroelectric metal, first suggested by Anderson and Blount in 1965, has so far remained elusive. Electrically switchable intrinsic electric polarization, together with the direct observation of ferroelectric domains, has not yet been realized in a bulk crystalline metal, although incomplete screening by mobile conduction charges should, in principle, be possible. Here, we provide evidence that native metallicity and ferroelectricity coexist in bulk crystalline van der Waals WTe2 by means of electrical transport, nanoscale piezoresponse measurements, and first-principles calculations. We show that, despite being a Weyl semimetal, WTe2 has switchable spontaneous polarization and a natural ferroelectric domain structure at room temperature. This new class of materials has tantalizing potential for functional nanoelectronics applications.

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Section: Ferroelectric Domains In Single Crystalsmentioning

confidence: 99%

Section: Probing Ferroelectricity and Polarization Switchingmentioning

confidence: 99%

A room-temperature ferroelectric semimetal

et al. 2019

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“…Additional information on the symmetry and ferroelectricity of the film was obtained by piezoresponse force microscopy (PFM) (Ref. 46). The as-grown out-of-plane ferroelectric state is oriented toward the LSMO bottom electrode, evidenced by the solid contrast of the PFM phase image [ Fig.…”

confidence: 99%

Structural, magnetic, and ferroelectric properties of T-like cobalt-doped BiFeO3 thin films

et al. 2018

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We present a comprehensive study of the physical properties of epitaxial cobalt-doped BiFeO3 films ∼50 nm thick grown on (001) LaAlO3 substrates. X-ray diffraction and magnetic characterization demonstrate high quality purely tetragonal-like (T′) phase films with no parasitic impurities. Remarkably, the step-and-terrace film surface morphology can be fully recovered following a local electric-field-induced rhombohedral-like to T′ phase transformation. Local switching spectroscopy experiments confirm the ferroelectric switching to follow previously reported transition pathways. Critically, we show unequivocal evidence for conduction at domain walls between polarization variants in T′-like BFO, making this material system an attractive candidate for domain wall-based nanoelectronics.

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“…De manera general, los microscopios SPM están conformados por tres partes fundamentales: a) la sonda, b) el sistema de barrido y mecanismo de retroalimentación, y, c) los controles electrónicos. Cada una de estas partes contribuye de manera determinante en la resolución espacial que se alcanza, así como en el tipo y magnitud de la interacción que se miden (Sharma, 2016). En este escrito, sería imposible resumir los tipos y logros de todas las técnicas SPM que se manejan actualmente, a tal efecto se mencionarán únicamente las técnicas más relevantes que son la microscopía de efecto túnel (STM) y la de fuerza atómica (AFM) (figura 9), así como sus alcances recientes que han revolucionado la forma de estudiar y cuantificar un gran número de propiedades de superficies e interfaces.…”

Section: Microscopía De Barrido Por Sonda (Spm)unclassified

“…Fuente: Figura STM modificada de www.hk-phy.org 10 nm. En el caso de puntas cuyo ápice corresponde a un átomo individual, se pueden obtener cambios en corriente del orden de pico amperes, y desplazamientos verticales en el rango de los picómetros, mientras que la resolución lateral puede alcanzar valores de 1 Å (Sharma, 2016).…”

Section: Microscopía Y Espectroscopía De Tunelamiento (Stm Y Sts)unclassified

De los micrómetros a los picómetros: evolución de las técnicas de microscopia para el estudio de nanomateriales

Hernández

Arenas-Alatorre

2019

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Sin lugar a duda, las técnicas de microscopía electrónica (ME) y microscopia de sonda de barrido (SPM) han contribuido enormemente al estudio de nanomateriales, dando información de propiedades morfológicas, estructurales, de superficie, eléctricas y magnéticas, entre muchas otras. Las técnicas más empleadas para estudios a nanoescala han sido las microscopías electrónicas de transmisión y barrido, y por otro lado, las de efecto túnel y de fuerza atómica, respectivamente. Los avances tecnológicos en los últimos años de estas técnicas han permitido límites de resolución que hace 25 años era inimaginables, siendo los últimos valores alcanzados de decenas de picómetros (10<sup>-12</sup> m). Cabe señalar, que más allá de esto, las técnicas de microscopia mencionadas han crecido en sus capacidades de análisis en el campo de las nanociencias y nanotecnología, dando lugar a otras técnicas como microscopía electrónica de barrido por transmisión (STEM, del inglés Scanning Transmission Electron Microscopy), Imagen en campo obscuro a ángulo grande en alta resolución (HR-HAADF, del inglés High Resolution - High Angle Annular Dark Field), Crio-Microscopía Electrónica, Tomografía electrónica, Espectroscopía de tunelamiento, Tunelamiento inelástico, Curvas de fuerza, etc. Lo anterior, no solo ha complementado la información morfológica y estructural, sino que también, ha contribuido al entendimiento de fenómenos de interacción y propiedades fisicoquímicas a escalas atómicas y moleculares. En este artículo se hace un análisis de la trascendencia actual que tienen las técnicas de microscopía electrónica, así como las de microscopia de sonda de barrido (SPM), y se menciona brevemente el alcance de estas técnicas como métodos de modificación de superficies a ultra alta resolución, como el caso de la nanolitografía y nanomanipulación, que estan abriendo un panorama enorme en el desarrollo de las tecnologías del futuro.

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Scanning Probe Microscopy of Functional Materials Surfaces and Interfaces

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A room-temperature ferroelectric semimetal

A room-temperature ferroelectric semimetal

Structural, magnetic, and ferroelectric properties of T-like cobalt-doped BiFeO3 thin films

De los micrómetros a los picómetros: evolución de las técnicas de microscopia para el estudio de nanomateriales

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