A New Heterodyne Megasonic Piezoresponse Force Microscopy with High-frequency Excitation beyond 100 MHz
压电响应力显微镜（PFM）作为一种强有力的纳米尺度表征技术，已被广泛用于研究铁电性的各种物理机制。然而，对传统金属烤瓷修复体的深入研究揭示了越来越多的问题和局限性，这在很大程度上挑战了它的有效性和应用。在此，我们开发了一种新的先进的PFM技术，命名为外差兆频超声波压电力显微镜（HM-PFM），它独特地使用106至108 Hz的高频激励和外差方法来测量纳米级的压电应变。我们报告，HM-PFM可以明确地提供标准的铁电畴和电滞回线测量，并与激发频率高达~110 MHz的有效域表征已实现。最重要的是，由于高频和外差方案，从静电力和电化学应变的贡献可以显着减少在HM-PFM。在此基础上，发展了一种特殊的差频压电响应频谱（DFPFS）测量方法，在具有压电性的材料上观察到了明显的差频压电响应特性。人们认为，HM-PFM可以是一个很好的候选人的压电或铁电的研究中，传统的PFM的结果是非常有争议的。
2020-05-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Giant Superelastic Piezoelectricity in Flexible Ferroelectric $BaTiO_3$ Membranes
通常使用的压电材料中的机械位移通常限于线性或双轴性质，并且限于材料尺寸的百分之几。在这里，我们表明，独立的钛酸钡$_3$膜表现出非传统的机电耦合。在外部电场下，这些超弹性膜经历可控且可逆的“寿司卷状”180 $^\circ$折叠-展开循环。这种无折痕折叠是由带电铁电畴介导的，导致30 nm厚的膜在室温和60 $^\circ$ C下分别产生> 3.8和4.6 $μ$ m的巨大位移。进一步增加的电场以上的矫顽值的变化的折叠曲率，从而增强有效的压电响应。最后，它被发现，膜折叠随着温度的升高，然后完全固定的膜以上的居里温度，使我们能够模拟的铁电域起源的效果。
2020-04-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Strain-induced isosymmetric ferri-to-ferroelectric transition with large piezoelectricity
我们在$A$ -位有序的LaScO $_{3}$ /BiScO $_{3}$和LaInO $_{3}$ /BiInO $_{3}$超晶格中确定了铁电（FiE）和铁电（FE）态之间的一阶等对称转变。这种以前未报道的铁性转变是由阳离子位移的容易切换驱动的，而不改变整体极化方向或晶体学对称性。预测小于2%的外延应变足以横穿相边界，跨越相边界，我们捕获电极化的强度增加约5倍。以类似于具有准同型相界（MPB）的经典Pb基钙钛矿陶瓷的方式，我们预测在FiE-FE相界附近高达131 pC/N的大机电响应。我们建议这种过渡作为替代铁性过渡，以获得大的压电性，具有在良性化学和无化学无序的极端条件下操作的额外优势。
2013-09-10 cond-mat.mtrl-sci
Mitigating parasitic contributions in measured piezoresponse for accurate determination of piezoelectric coefficients in Sc-alloyed-AlN thin films using piezo-response force microscopy
本文提出通过优化PFM光学杠杆灵敏度、施加直流偏置和调整探针位置来抑制寄生静电贡献，从而准确测定Al1-xScxN薄膜的压电系数，并揭示其随Sc含量变化的增强与相混合衰减规律。
2025-05-06 cond-mat.mtrl-sci
Piezoelectricity of Atomically Thin WSe2 via Laterally Excited Scanning Probe Microscopy
奇数层二维（2D）过渡金属二硫属化物（TMD）如WSe 2的晶格是非中心对称的，因此可以具有线性压电性，这对于诸如纳米机电系统（NEMS）和纳米发电机的应用是有吸引力的。然而，测量2D TMD的机电耦合是相当具有挑战性的，因为其D3 h点群对称性使得传统的压电响应力显微镜（PFM）不适用。在这里，我们开发了一种横向激励扫描探针显微镜（SPM）技术，使映射的压电响应原子级薄WSe 2直接在基板上具有高的空间分辨率。平面电极用于激发压电振动，同时对WSe 2施加各向异性面内机械约束，导致由于泊松效应而产生的面外变形，该面外变形可以通过SPM探针测量。使用这种技术，我们表明，WSe 2单层和三层表现出较强的机电响应线性所施加的激励偏置，是从基板不同，而WSe 2双层显示可忽略不计的机电响应预期。的有效压电系数估计为5.2 pm/V的测量，与理论预测一致。该方法可以方便地应用于具有相似对称性的各种二维材料。
2018-05-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Diminish Electrostatic in Piezoresponse Force Microscopy through longer ultra-stiff tips
压电响应力显微镜是一种功能强大但精密的纳米级技术，可测量高度局部化电场的应用所产生的机械响应。虽然机械响应通常是由于压电性，但其他物理现象，特别是静电相互作用，也可能有助于信号读取。我们通过使用更长的超刚性探针来解决这个问题，提供最先进的灵敏度，具有最低的静电相互作用，并避免在高频状态下工作。为了找到这个解决方案，我们开发了一个理论描述，解决静电贡献的影响，在总悬臂梁振动和量化不同的设置。该理论随后在周期性极化铌酸锂（PPLN）晶体中进行了测试，该晶体是一种具有明确定义的0度和180度畴的样品，使用不同的商业可用导电尖端。我们采用的理论描述比较的静电贡献的影响到总的相位记录。通过实验数据，我们的描述证实了每一个测试的商用探头。我们建议，一个更大的探针长度可以是一个解决方案，以避免静电力，所以样品的静电相互作用被减少。对于硬氧化物样品，我们提出了一个超刚性悬臂，避免使用高频电压，但仍然减少静电力。我们提出的商用解决方案具有很大的影响，以避免文物，同时研究软生物样品，多铁性氧化物，和薄膜铁电材料，它打开了一个新的窗口到尖端工程。
2016-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Resetting Piezoresponse Force Microscopy: Towards a real quantitative technique
安装在原子力显微镜中的纳米针传感器允许系统的皮米范围的距离测量。该力敏器件作为距离传感器应用于压电响应力显微镜（PFM）中，通过采用悬臂梁的弹性常数作为转换因子，为探索纳米尺度下的压电效应开辟了一条途径。如果力传感器不单独干扰系统进行研究，则实现力-距离等效。在这篇手稿中，我们报告了一个系统的研究，其中不同的锆钛酸铅（PZT）材料，具有不同的d33值，测量以下的标准理论可用于PFM。共振和共振外测量都表明PFM不能被认为是定量的。在进行测量后，我们提出了一个修正的PFM中采用的标准理论，考虑由材料施加的力作为一个变量。压电性固有的g33参数控制系统可用的力的大小。的纳米级的网站接触区域的情况下，类似于它被发现，同时执行PFM的压电刚度的比较，提供。这样的刚度远低于悬臂刚度，限制和减少材料移动，因为压电材料没有足够的行程来引起预期的位移。一个校正因子，命名为开放式压电电位计，占这些影响，这是用来校正的测量进行PZT材料朝着一个真正的定量PFM。
2017-11-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Polar nano-clusters in nominally paraelectric ceramics demonstrating high microwave tunability for wireless communication
在微波频率下具有高可调谐性的介质材料是微波通信系统设计中的关键部件。致密的Ba0.6Sr0.4TiO3（BST）陶瓷，具有不同的晶粒尺寸，制备，以优化介电可调谐性通过极性纳米团簇效应。介电常数和损耗测量进行了高，低频率，并支持从X-射线粉末衍射，扫描和透射电子显微镜，拉曼光谱和piezoresponse力显微镜的结果。极性纳米团簇的浓度，其尺寸被认为是在20至50 nm的范围内，和介电可调谐性随着晶粒尺寸的增加而增加。提出了一种测量体硅微波调谐度的新方法。在平均晶粒尺寸为10 μ m的陶瓷中实现了32%的最高可调谐性。BST陶瓷的可调谐性与施加的直流电场是证明在一个原型的小型谐振天线。
2020-04-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
High-pressure neutron study of the morphotropic PZT: phase transitions in a two-phase system
在压电陶瓷中，相边界附近的相稳定性随应力和温度的变化起着核心作用。本研究致力于经典的压电，锆钛酸铅（PZT）陶瓷的组成Pb（Zr $_{0.54}$ Ti $_{0.46}$）O $_3$在富Zr侧的准同型相界的压电性的内在和外在的贡献是显着的。用高压中子粉末衍射技术研究了该两相体系（室温下菱形$R3c$+单斜$Cm$，压力大于1 GPa时$R3c+P4mm$）的压力变化。实验表明，施加压力有利于$R3c$相，而$Cm$相连续转变为$P4mm$，这是有利于在高温下，由于竞争熵项。$Cm\rightarrow R3c$相变是不连续的。这种转变对非本征压电性有贡献。揭示了对固有压电性的一个重要贡献：由压力引起的$B$阳离子（Zr和Ti）相对于氧阴离子的大位移。高于600 K时，发生了向立方相的相变。竞争项之间的平衡决定了相边界的曲率。高压实验后，菱面体相的量大于最初的量，这表明在相边界的富Zr侧，单斜相是亚稳的。
2012-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Phase evolution and thermal stability of high Curie temperature BiScO$_3$-PbTiO$_3$-Pb(Cd${1/3}$Nb$_{2/3}$)O$_3$ ceramics near MPB
具有高居里温度的压电和铁电陶瓷由于其在恶劣环境下的应用而受到越来越多的关注。本文研究了（0.975-x）BiScO_（3-x）PbTiO_（3 - 0.025）Pb（Cd_（1/3）Nb_（2/3））O_3（x = 0.58-0.64）陶瓷的相结构、介电、铁电和压电性能。随着PT浓度的增加，发生了由菱面体相到四方体相的结构转变。讨论了体系结构与电性能的关系。在准同型相界（x = 0.62）附近的BS-xPT-PCN体系表现出优异的压电和铁电性能，d33 = 508 pC/N，kp = 56%，Pr = 40 uC/cm 2。用原位XRD对MPB（x = 0.62）掺杂样品的高温压电性进行了表征。BS-xPT-PCN体系具有良好的热稳定性和压电性能，是一种很有前途的高温压电材料。
2019-08-28 cond-mat.mtrl-sci
Electromechanical Hysteresis in Phase Change Material Sb2S3
Lehigh University（理海大学）；Brookhaven National Laboratory（布鲁克海文国家实验室）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）
研究Sb2S3玻璃陶瓷的压电响应力显微镜实验，发现其迟滞行为源于非压电贡献，揭示了晶态与非晶态Sb2S3的电学差异。
2026-03-13 cond-mat.mtrl-sci
Coexistence of local structural heterogeneities and long-range ferroelectricity in Pb-free (1-x)Ba(Zr0.2Ti0.8)O3-x(Ba0.7Ca0.3)TiO3 ceramics
环境友好的（1-x）Ba（Ti $_{0.8}$ Zr $_{0.2}$）O $_3$ -x（Ba $_{0.7}$ Ca $_{0.3}$）TiO $_3$（BZT-BCT）陶瓷由于其显著的高压响应而成为有前景的材料[Liu和Ren，Phys.Rev.Lett. \textbf{103}，257602（2009）]。在这封信中，通过专注于局部和平均结构结合宏观机电和介电测量，我们证明了结构性能的关系，在tetraphite BZT-BCT陶瓷。在高温立方相到四方相的相变过程中，在低于$\sim$ 477 K的温度下，通过自发体积铁电致伸缩表现出极性纳米区域。温度依赖性的局部结构的调查，在Zr K边缘扩展的X射线吸收精细结构光谱揭示了一个异常的ZrO $_{6}$和TiO $_6$八面体之间的合作。这些八面体在极化发展过程中妥协了它们的个性。亚微米尺寸的域的存在下，下面的T $_{m}$的宏观铁电区域，以及它们的层次安排，通过压电响应力显微镜观察。当极化和未极化的样品的极化率进行比较时，也观察到T $_{m}$以下的结构/极性异质性的存在的影响;极化的样品被发现更容易受到电场的影响。此外，通过使用依赖于电场的X射线衍射研究，我们还表明，该陶瓷场下表现出减少的tetraphenic失真，这是与以前的报告一致。
2022-05-12 cond-mat.mtrl-sci
Converse Flexoelectricity of Low-Dimensional Bismuth Selenite (Bi2Se3) Revealed by Piezoresponse Force Microscopy (PFM)
本研究首次实验证实低维中心对称拓扑绝缘体Bi2Se3纳米片存在逆挠曲电效应，面外有效压电系数约0.65 pm V-1，为挠曲电器件开发提供指导。
2023-11-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interface-tuning of ferroelectricity and quadruple-well state in CuInP$_2$S$_6$ via ferroelectric oxide
本文提出利用铁电氧化物PbZr$_{0.2}$Ti$_{0.8}$O$_3$界面调控CuInP$_2$S$_6$，克服其低居里温度和畴控制难题，显著增强超薄极限下的铁电性、压电性和极性排列，为柔性纳米器件应用提供有效策略。
2023-08-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Room temperature coexistence of large electric polarization and magnetic order in BiFeO3 single crystals
从实验的角度来看，BiFeO 3的室温铁电性提出了许多问题。对BiFeO_3和Pb（Ti，Zr）O_3固溶体的电学测量表明，在居里温度TC= 1143 K以下，BiFeO_3中存在自发的电极化的强度。然而，在大多数报道的工作中，合成的样品在室温下导电性太强，无法在不受外部物理或化学参数影响的情况下在本体中获得清晰的极化回路。令人惊讶的是，到目前为止，还没有报道的P（E）（极化对电场）环在室温下的BiFeO 3单晶。我们在这里描述我们的程序合成陶瓷和生长质量好的大尺寸单晶的助熔剂法。我们证明BiFeO 3确实是铁电在室温下通过证据，通过压电力显微镜和P（E）环。极化被发现是大的，约60微C/cm 2，一个值，只有在薄膜达到。磁测量使用SQUID磁强计和穆斯堡尔谱。后者证实了核磁共振测量的结果有关的各向异性的超精细领域归因于磁摆线结构。
2007-06-04 cond-mat.mtrl-sci
