壓力顯微鏡（一）

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

PFM技術(shù)可以用于表征壓電材料和鐵電材料的局部壓電性質(zhì)，包括壓電系數(shù)、鐵電極化以及電疇結(jié)構(gòu)等。

以下是PFM的工作原理：

1. 探針與樣品接觸：PFM使用一個(gè)導(dǎo)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(shí)現(xiàn)納米級(jí)別的空間分辨率；

2.  施加交流電壓：在PFM測(cè)量中，一個(gè)交流（AC）電壓信號(hào)被施加在探針和樣品之間。這個(gè)電壓信號(hào)會(huì)引起樣品表面由于逆壓電效應(yīng)而產(chǎn)生周期性的形變；

3.  檢測(cè)形變：由于逆壓電效應(yīng)，樣品在施加的AC電場(chǎng)作用下會(huì)發(fā)生微小的膨脹或收縮形變。這些形變導(dǎo)致與樣品接觸的AFM探針發(fā)生偏轉(zhuǎn)；、

4. 振幅和相位檢測(cè)：探針的偏轉(zhuǎn)信號(hào)被檢測(cè)并記錄下來(lái)。鎖相放大器用于檢測(cè)和放大與施加的AC電壓同相的信號(hào)。鎖相放大器可以提取出與樣品壓電響應(yīng)相關(guān)的振幅和相位信息。振幅：PFM振幅信號(hào)反映了樣品的壓電響應(yīng)強(qiáng)度，即樣品在單位電壓下的形變大小，與壓電系數(shù)相關(guān)。相位：PFM相位信號(hào)提供了關(guān)于樣品極化方向的信息，反映了樣品中電疇的極化狀態(tài)；

5. 成像：通過(guò)在樣品表面上掃描探針并記錄每個(gè)點(diǎn)的PFM振幅和相位，可以獲得樣品表面的壓電響應(yīng)圖，即壓電疇的分布圖。