p Os domínios listrados de titanato de chumbo de filme fino (PbTiO3) fotografados usando fotocografia de projeção de Bragg de raios-x. a) A amplitude do filme reconstruído, onde os pontos amarelos representam as posições do feixe. b) A fase do filme reconstruído, mostrando claramente o padrão listrado de polarização. c) Uma seção transversal de amplitude ao longo da linha pontilhada em a), colorido com a fase da linha pontilhada em b).
p (Phys.org) —Quando filmes finos de materiais ferroelétricos são cultivados em substratos de cristal único, eles podem desenvolver regiões de polarização alinhada - chamadas de "domínios" - que freqüentemente adotam padrões complexos. A manipulação de domínios ferroelétricos pode levar a avanços em várias tecnologias. Contudo, a fim de manipular os domínios, é importante estudar seu desenvolvimento natural. Estudos anteriores mostraram que a deformação interfacial e as condições de limite elétrico desempenham um grande papel. Medições precisas da polarização local podem ajudar a ciência a aprender mais. Ao alterar as propriedades do substrato e as interfaces dos materiais ferroelétricos, pode-se controlar o tamanho e a forma dos domínios e, assim, influenciar o comportamento do material. p Um método promissor para fazer isso é chamado de pticografia de projeção de Bragg, ou BPP. O BPP de raios-X já havia sido usado para medir a deformação em dispositivos semicondutores. Agora, uma equipe de cientistas do Laboratório Nacional de Argonne, o Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia, Northern Illinois University, e a La Trobe University (Austrália), que realiza estudos no Departamento de Energia dos Estados Unidos da Fonte Avançada de Fótons (APS) e no Centro de Materiais em Nanoescala do Laboratório Nacional de Argonne, encontrou outra aplicação para BPP:polarização local de imagem em filmes finos ferroelétricos. No futuro, esta técnica pode ajudar os cientistas a estudar como os domínios se desenvolvem em filmes finos ferroelétricos, e, assim, como manipulá-los, potencialmente melhorando tecnologias críticas, como armazenamento de memória.
p Primeiro, os pesquisadores usaram a deposição de vapor químico para fazer crescer um filme de 25 nm de espessura do titanato de chumbo, material ferroelétrico, ou PbTiO3. Quando o PbTiO3 é cultivado em certos substratos de cristal único perfeitos, os domínios serão normalmente distribuídos em um padrão serpentino. Contudo, controlando as propriedades de superfície do substrato, esses padrões de domínio podem ser influenciados e controlados.
p Nesse caso, os pesquisadores usaram substratos de titanato de estrôncio, ou SrTiO3, que tinha etapas de corte incorreto de superfície espaçadas cerca de 22 nm. Usando uma câmara de crescimento na Divisão de Ciência de Materiais de Argonne (MSD), eles depositaram PbTiO3 nos substratos, criação de filmes finos com padrões de domínio listrado.
p É aí que entra a pticografia de projeção de Bragg. No Center for Nanoscale Materials / X-ray Science Division, linha 26-ID-C, os pesquisadores produziram um feixe de raios-x coerente focalizado com cerca de 35 nm de largura. Quando o feixe atinge o filme PbTiO3 em uma posição e ângulo específicos, produziu um padrão de difração de Bragg coerente - uma espécie de impressão digital da estrutura do domínio local.
p Este processo foi repetido em cerca de 650 pontos no filme, marcados como pontos amarelos na parte (a) da figura. Como o feixe de raios-x era maior do que a mudança de posição, as informações de todos os 650 pontos formaram um conjunto de dados sobreposto.
p Próximo, a equipe usou um algoritmo pticográfico, que simultaneamente considerou todos os padrões de difração de cada ponto sobreposto. Com restrições apropriadas, o algoritmo convergiu para a resposta correta no espaço real, converter os dados do espaço recíproco. Com base no mapa em nanoescala resultante, os pesquisadores criaram uma imagem da polarização do filme, conforme mostrado na parte (b) da figura. O padrão de domínio listrado que eles encontraram era consistente com a estrutura do substrato SrTiO3 subjacente do filme PbTiO3.
p Para verificar a precisão da reconstrução BPP, os pesquisadores também mediram a polarização local do filme PbTiO3 com microscopia de força piezoresponse. Este método executa uma sonda de varredura sobre a superfície do filme para extrair informações de polarização local.
p Ambas as técnicas retornaram informações semelhantes sobre o padrão de domínio. Contudo, A microscopia de força piezoresposta tem uma desvantagem:requer acesso direto à superfície que está medindo. Se um filme ferroelétrico foi usado como um dispositivo de memória, seria cercado por camadas de outros componentes eletrônicos, e este método de medir a polarização seria impossível.
p BPP, por outro lado, pode ser realizado à distância, o que significa que ele pode medir filmes finos em ambientes corrosivos ou fechados, onde a imagem com outras técnicas seria difícil ou impossível. Isso torna o BPP uma ferramenta promissora para medir como os materiais mudam sob altas temperaturas e pressões.
