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《铁电体电畴结构的观测方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、电畴的观测方法MethodsforObservation ofDomains观察电畴结构的方法有许多种，其中常见的有以下几种：光学技术、电子显微镜观察、化学腐蚀技术、粉末沉淀法、液晶显示技术、热电技术、x射线技术和凝雾法等粉末沉淀法利用绝缘液中某些有颜色的带电粒子的沉淀位置来显示出畴结构。比如，黄色的硫和红色的氧化铅（Pb3O4）粉末在乙烷中将分别沉积在畴的负端和正端，从而显示出畴结构。这是一种相对较为原始的方法。化学腐蚀技术利用铁电体在酸中被腐蚀的速度与偶极矩极性有关的特点，不同极性的畴被腐蚀的程度不一样。偶极矩正端被酸腐蚀很快，负端侵蚀速度
2、很慢，用显微镜可直接观察。腐蚀技术的主要缺点是具有破坏性，而且速度慢。光学技术：偏光法：常用的方法是利用铁电晶体的双折射性质把晶片置于正交偏振片之间，用偏光显微镜直接观察电畴结构。这是静态畴结构和研究畴壁运动动力学的最简单方法。但它一般不适用观察反平行畴，因为在畴反转后折射率不变。二次谐波法：利用光学二次谐波发生技术可以观察180畴壁。因为180畴壁的两边，二阶非线性极化率要改变符号且相位相消，于是包含畴界的区域呈现出比周围单畴区更黑暗。除揭示畴结构外，二次谐波产生技术还能用来测量具有周期性几何形状的非常小的畴的宽度。这种技术能用于对二次谐
3、波发生可实现相位匹配的晶体。旋光法：对于具有旋光性的晶体，如Pb5Ge3O11，还可以利用其旋光性观察180畴。当一束偏振光沿晶体C轴传播时，一组畴在检偏器后显示出黑暗。另一组畴显示出光亮。光学法观察电畴的尺寸只能到m量级。液晶显示技术将一薄层向列型液晶覆盖在铁电晶体表面，由于电畴极性的影响，液晶分子会形成一个与畴结构相应的图案，可用偏光显微镜直接观察。一种液晶分子相对于铁电畴的排列如图所示。这种方法优于酸腐蚀法和粉末沉淀法。特点是方便而且快，能迅速响应畴结构的快速变化，并具有十分高的分辨率。此方法的主要优点是比较容易实时观测畴在电场作用下
4、的运动。电子显微镜观察电子显微术是目前用来观察电畴的主要方法，其优点是分辨率高，而且可观测电场作用下电畴的变化。扫描电子显微镜（SEM）透射电子显微镜（TEM）扫描探针显微镜（SPM）扫描电子显微镜（SEM）SEM主要用于观察表面形貌,为了观测电畴需借用腐蚀技术。由于不同极性的畴被腐蚀的程度不一样,利用腐蚀剂可在铁电体表面形成凹凸不平的区域从而可在显微镜中进行观察。室温下四方相PZT铁电体自发极化方向平行于C轴,根据C轴与观察表面的取相关系可将铁电畴区分为a畴和c畴。a畴的C轴平行于观察表面;c畴的C轴垂直于观察表面。不同取相铁电畴的腐蚀速率不
5、同,表面电荷富集的畴的腐蚀速率最快。如下图1(a)所示,极化向量垂直向上的铁电c畴(c+)蚀刻最深,呈暗色;极化向量垂直向下的铁c电畴(c-)蚀刻最浅,呈亮色;极化向量与观察表面平行的a畴的蚀刻深度介于前两者之间,呈灰色。透射电子显微镜(TEM)透射电子显微术是目前用来观测电畴的主要方法，其优点是分辨率高，而且可观测电场作用下的畴的变化，同时也能观测晶体中的缺陷及其与电畴的相互作用。电子显微术理论成熟，结合其中的电子衍射图谱、衍射衬度像和高分辨像，能够严格的区分不同类型的畴界，从而在此基础上对不同类型的畴结构进行分析。透射电子显微镜的基本结构五
6、部分►照明系统►成像系统►观察记录系统►真空系统►供电系统电子与样品相互作用产生的信息specimen弹性散射电子非弹性散射电子背散射电子透射电子入射电子二次电子阴极荧光Auger电子吸收电子Cherenkov辐射SEMTEMSTEM后焦面成像面物平面O1O2O3I3I2I1GO-G物镜透射电镜成像光学基础-阿贝成像理论透射电镜两种的工作模式SpecimenSADapertureObjectivelensIntermediateimageBackfocalplaneObjectiveaperture2ndIntermediate‘image’F
7、inalimageProjectorlensScreenDiffractionpatternIntermediatelens单晶衍射花样多晶衍射花样非晶衍射模式低倍形貌像高分辨晶格像成像模式右图是BaTiO3单晶中铁电畴极化反转过程的TEM形貌图：a:初始状态,E=0kV/cm;b:E=2.6kV/cm,作用1min后;c:E=2.6kV/cm,作用3min后;d:E=2.6kV/cm,作用5min后;e:撤去电场,E=0kV/cm;f:E=5.6kV/cm,作用1min后。Ca0.28Ba0.72Nb2O6单晶畴结构C.J.Luetal.,A
8、ppl.Phys.Lett.88,201906(2006)扫描探针显微镜(SPM)近年来出现的扫描探针显微镜（SPM）是研究电畴的一种有力手段，其优点
