Imaging of Ferroelectric Domains in Multiferroic Materials with Scanning Electron Microscopy

使用扫描电子显微镜对多铁材料中的铁电畴进行成像

基本信息

批准号：
18K13994
负责人：
赤嶺大志
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-01 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究課題では、マルチフェロイック材料の強誘電ドメイン構造を走査電子顕微鏡（SEM）を用いて可視化することを目的とし、複数のマルチフェロイック材料について種々の観察条件下にてSEM観察および導電性原子間力顕微鏡（cAFM）観察を実施した。これにより以下の成果を得た。第一に、六方晶型のマンガン酸化物HoMnO3についてSEM観察およびcAFMを実施し、加速電圧などの適切な観察条件設定によって強誘電ドメインおよび帯電ドメイン壁（charged domain wall）と呼ばれる一部のドメイン壁を明瞭に可視化できることを明らかにした。特に、帯電ドメイン壁の観察は過去に報告例がなく、新規性の高い結果と言える。SEMコントラストと帯電ドメイン壁との対応は特に重要であるため、SEM観察視野と同一箇所をcAFM測定し、局所導電性評価を行うことで直接的に明らかにした。第二に、正方晶型の酸化物(Ca,Sr)3Ti2O7についてSEM観察を実施した。その結果、HoMnO3の場合とは異なる観察条件下で強誘電ドメインコントラストが得られることが明らかとなった。また、種々の観察条件下での観察を実施することにより、結晶方位差に由来する電子チャネリングコントラストと強誘電ドメインコントラストの区別が可能であることを明らかにした。これらの結果は、マルチフェロイック材料で観察される強誘電ドメインコントラストは材料ごとに観察要件が異なることを示しており、SEM強誘電ドメインコントラストの材料物性との相関が指摘される。以上のように、本研究課題を通してSEMによるマルチフェロイック材料のドメイン観察の道を拓く基礎を築くことができた。これらを基に更なる広範な材料への適用が期待される。

该研究项目的目的是使用扫描电子显微镜（SEM）观察多铁性材料的铁电畴结构。结果，获得了以下结果。首先，我们对六方锰氧化物HoMnO3进行了SEM观察和cAFM，通过设置适当的观察条件（例如加速电压），我们检测到了一些被称为铁电畴和带电畴壁的畴壁，结果表明可以清晰地可视化它们。尤其是带电畴壁的观测在过去还没有报道过，所以这个结果可以说是非常新颖的。由于SEM对比度和带电畴壁之间的对应关系特别重要，因此我们通过在与SEM观察场相同的位置进行cAFM测量并评估局部电导率来直接澄清这一点。其次，对四方氧化物(Ca,Sr)3Ti2O7进行SEM观察。结果表明，在与 HoMnO3 不同的观察条件下可以获得铁电畴对比度。此外，通过在各种观察条件下进行观察，发现可以区分电子沟道对比度和源自晶体取向差异的铁电畴对比度。这些结果表明，在多铁性材料中观察到的铁电畴对比度的观察要求根据材料而不同，并且指出SEM铁电畴对比度和材料的物理性质之间存在相关性。如上所述，通过这个研究项目，我们能够奠定基础，为使用 SEM 对多铁性材料进行域观察铺平道路。基于这些，预计它们将应用于更广泛的材料。