Este documento describe cómo la polarización ferroeléctrica en películas delgadas de BaTiO3 puede ser invertida mecánicamente mediante la aplicación de fuerzas localizadas utilizando una punta de microscopio de fuerza atómica. Se demostró que gradientes de tensión inducidos por la punta pueden cambiar la polarización a escala nanométrica. Esto sugiere que las fuerzas mecánicas puras podrían utilizarse para controlar la polarización y permitir aplicaciones donde los bits de memoria se escriben y

1. La escritura mecánica de polarización Ferroeléctrica
H. Lu, 1 C.-W. Ladrar, 2 D. Esque de los Ojos, 3 J. Alcalá, 4 CB Eom, 2 G. Catalán, 5,6 * A. Gruverman 1 *
DOI: 10.1126/science.1218693
Traducido Por: Darwin Armijos
Materiales ferroeléctricos se caracterizan por un dipolo eléctrico permanente que puede
ser revertido mediante la aplicación de un voltaje externo, pero un fuerte acoplamiento
intrínseco entre la polarización y la deformación también hace que todas los
ferroeléctricos sean piezoeléctrico, lo que lleva a las aplicaciones en sensores y
accionadores de alto desplazamiento. Una propiedad menos explorada es
flexoelectricidad, el acoplamiento entre la polarización y un gradiente de tensión.
Demostramos que el gradiente de la tensión generada por la punta de un microscopio de
fuerza atómica puede cambiar mecánicamente la polarización en el volumen a nano
escala de una película ferroeléctrica. Por lo tanto una fuerza mecánica pura se puede
utilizar como una herramienta dinámica para el control de la polarización y puede
permitir aplicaciones en las que bits de memoria se escriben mecánicamente y leer
eléctricamente.
La Polarización de un material con su deformación da lugar a cambios piezoeléctrico,
electroestrictivos, y los efectos flexoeléctrico.

2. El acoplamiento ferroeléctricos, y Flexoelectricidad debido a sustrato de flexión también
acoplamiento entre la polarización y homogénea en el plano fue invocado en la huella de
la polarización en las películas también se puede utilizar para sintonizar la simetría y
propiedades ferroeléctricas policristalinas . Esto sugiere que gradientes de las películas
delgadas ferroeléctricas a través de la ingeniería den deformación, en lugar d
homogénea, pueden ser explotadas para utilizar diferentes sustratos.
Tenemos Flexoelectricidad que puede cambiar de forma activa la polarización
ferroeléctrica empujando mecánicamente puntas de AFM sobre la superficie de
BaTiO mono cristalino epitaxial películas, induciendo de este modo tensiones
grandes y localizadas. Las películas se fabricaron por un crecimiento controlado de
capa atómica que es atómicamente lisa.
SrTiO 3 Los sustratos con 0.67 sr 0.33 MnO 3 tampones conductoras que servían
como electrodos de fondo. Tensión de compresión inducida por el sustrato se aseguró
de que la polarización se alineó en la dirección perpendicular a la superficie, y sólo
180 ° inversión de polarización se permitiría. BaTiO 3 películas con un espesor de 12
células unitarias, o ~ 4,8 nm, se han elegido a fin de garantizar de sujeción epitaxial
y prevenir la relajación de desajuste
Las pruebas iniciales de las películas por medio de la fuerza respuesta microscopía
(PFM) muestran que BaTiO 3 películas están en un estado de un solo dominio con
polarización fuera de plano, lo que indica la detección efectiva del campo de
despolarización por adsorbatos de superficie. Patrones de dominio bipolares se pueden
generar una punta PFM eléctricamente sesgada: la superficie de la película se escanea
con una punta bajo T 4-V de polarización superior a la tensión coercitiva.
La conmutación mecánico se ha investigado mediante el escaneo de un 1-a-1  metro -
metro 2 área del dominio bipolar la punta a tierra eléctricamente bajo una fuerza de carga
incrementalmente creciente A partir de 150 a 1500 nN, con un cambio correspondiente
en la tensión aplicada de 0,5 a 5 GPa (se aproxima a la zona de contacto de la punta de la
superficie como un disco de 10 nm de radio). Tenga en cuenta que, aunque el esfuerzo

3. local máximo es muy grande, es todavía muy por debajo del umbral (~ 20 GPa) por daños
plástica irreversible de la película de BaTiO 3 superficie. Después de eso, un área mayor
de 2 por 2 metro metro 2 es imaginada por PFM convencional con una carga baja de 30
nN (Fig., D y E).
El estrés punta inducido invierte el contraste PFM de oscuro a brillante, lo que indica la
inversión de la polarización de arriba a abajo. Muestra un cambio de la imagen
correspondiente amplitud PFM del dominio de conmutación: Inicialmente, la amplitud
disminuye a medida que aumenta la carga y, a continuación, a una fuerza aplicada de ~
750 nN, aumenta de nuevo (. Este tipo de comportamiento es análogo al proceso de
polarización-reversión en convencional (tensión inducida) PFM en el que la señal de
amplitud electromecánico pasa por un mínimo durante la conmutación, como Esto es
causado por la formación de 180 ° dominios (polarización anti paralela) de modo que la
polarización neta y la señal piezoeléctrico asociado pasan por cero cuando las fracciones
en volumen de dominios con polarización opuesta se hacen iguales. Más allá de eso, la
amplitud PFM crece de nuevo mientras que la fase PFM se cambia por 180 °, lo que
indica que la polarización se ha invertido. Para referencia, las imágenes de la GFP de
manera convencional (es decir, eléctricamente) conmutan dominios en la misma BaTiO
3 película se muestran en los materiales complementarios. Los patrones de polarización
generados por una polarización eléctrica y la carga son idénticas. La fabricación de los
patrones de dominio escala nano mecánicamente -. Líneas de dominio escritos
mecánicamente en el BaTiO 3 película mediante el escaneo de la película con una punta
bajo una fuerza de carga de 1500 nN. De la misma forma modificada y estructurada
eléctricamente. Tenga en cuenta que un gran campo flexo eléctrico es capaz de inducir

4. la conmutación de cargas más bajas o suspensores. Hay varias características útiles del
conmutador mecánico, se exhibe dominios estables que después de la conexión. Los
dominios escritos mecánicamente son eléctricamente borrables. Donde no causa ningún
daño en la superficie de la muestra. Y observando detalladamente a la muestra no se ven
rastros de deformación en su superficie.
Referencias y Notas
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