(PhysOrg.com) -- Gebruikers van de Universiteit van Wisconsin-Madison en het Center for Nanophase Materials Science, werken met de X-Ray Microscopy Group, hebben structurele effecten ontdekt die gepaard gaan met de lithografie op nanoschaal van ferro-elektrische polarisatiedomeinen. De resultaten werpen nieuw licht op de fysica van structurele veranderingen die worden veroorzaakt tijdens dit lithografische proces op nanoschaal.

De ontwikkeling van de middelen om patronen op nanoschaal te manipuleren op hun fundamentele lengteschalen heeft geleid tot een enorme groei in de toepassingen van scanning-sondelithografie. Het potentieel van deze mogelijkheden is nog niet volledig gerealiseerd, deels omdat het grote aantal soms subtiele fysieke processen die daarbij betrokken zijn, nog niet voldoende goed beschreven zijn. Röntgen-nanodiffractiemicroscopie uitgevoerd op de Hard X-Ray Nanoprobe-bundellijn werd gebruikt om een ​​patroon te onderzoeken dat in een ferro-elektrische laag is geschreven met behulp van ferro-elektrische nanolithografie met scanning-sonde. Deze aanpassing van piëzoresponskrachtmicroscopie (PFM) kan worden gebruikt om willekeurige domeinpatronen op nanoschaal in een ferro-elektrische dunne film te schrijven. Het waargenomen stabiele spanningspatroon laat zien dat de algehele vorm van de film onveranderd is, maar de elektrische polarisatie is gewijzigd.

De ferro-elektrische lithografiebenadering is een van een aantal opkomende manieren om vrijheidsgraden op nanoschaal te regelen met scansondes, die in andere systemen ook kan zorgen voor controle van magnetische en ladingsgeordende domeinen. De onderzoekers ontdekten dat een kristallografische vervorming in het rooster van het ferro-elektrische Pb(Zr, Ti)O ₃ (PZT) dunne film ontstaat uit de elektromechanische reactie op nanoschaal op niet-afgeschermde ladingen op oppervlakken en interfaces. De resulterende toename van de vrije energie van geschreven domeinen die hieruit wordt afgeleid, vormt een belangrijke limiet voor ferro-elektrische nanolithografie. Op basis van dit inzicht, het zal mogelijk zijn om de mogelijkheden van PFM en andere patroonvormingsmethoden op nanoschaal uit te breiden met behulp van directe lokale structurele informatie.