壓力顯微鏡（一）

壓力顯微鏡（一）

壓電力顯微鏡（Piezoresponse Force Microscopy，簡稱PFM）是一種基于原子力顯微鏡（AFM）的掃描探針技術，它用于研究材料的壓電性質，即材料在電場作用下產生的形變（逆壓電效應）或在機械應力作用下產生的電荷（正壓電效應）。

PFM技術可以用于表征壓電材料和鐵電材料的局部壓電性質，包括壓電系數、鐵電極化以及電疇結構等。

以下是PFM的工作原理：

1. 探針與樣品接觸：PFM使用一個導電的AFM探針與樣品表面接觸。探針通常由硅或硅氮化物制成，并且其端頭非常尖銳，以實現納米級別的空間分辨率；

2.  施加交流電壓：在PFM測量中，一個交流（AC）電壓信號被施加在探針和樣品之間。這個電壓信號會引起樣品表面由于逆壓電效應而產生周期性的形變；

3.  檢測形變：由于逆壓電效應，樣品在施加的AC電場作用下會發生微小的膨脹或收縮形變。這些形變導致與樣品接觸的AFM探針發生偏轉；、

4. 振幅和相位檢測：探針的偏轉信號被檢測并記錄下來。鎖相放大器用于檢測和放大與施加的AC電壓同相的信號。鎖相放大器可以提取出與樣品壓電響應相關的振幅和相位信息。振幅：PFM振幅信號反映了樣品的壓電響應強度，即樣品在單位電壓下的形變大小，與壓電系數相關。相位：PFM相位信號提供了關于樣品極化方向的信息，反映了樣品中電疇的極化狀態；

5. 成像：通過在樣品表面上掃描探針并記錄每個點的PFM振幅和相位，可以獲得樣品表面的壓電響應圖，即壓電疇的分布圖。