Scanning Nearfield Optical Microscope System
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das beschaffte Mikroskopiersystem kann sowohl als optisches Nahfeldmikroskop als auch als Rasterkraft-Mikroskop betrieben werden, und zwar hier insbesondere als piezoelektrisches Kraftmikroskop: Eine an die Tastspitze angelegte elektrische Spannung führt lokal zu einem großen elektrischen Feld. Piezoelektrische Proben reagieren je nach Kristallorientierung auf das Feld mit einer Kontraktion oder Expansion. Diese Topographie wird mit dem System sichtbar gemacht. Der Fokus des Einsatzes des Geräts lag auf der Untersuchung und Manipulation ferroelektrischer Domänen in einer großen Bandbreite von Materialien, beginnend mit klassischen Ferroelektrika wie z. B. Lithiumniobat bis hin zu den noch in vielfacher Hinsicht unerforschten Multiferroika. Das Gerät wurde von Frau Priv.-Doz. Dr. Elisabeth Soergel in Betrieb genommen, weiterentwickelt und in vielfältigen Projekten und Kooperationsvorhaben eingesetzt. Es ist seit seiner Inbetriebnahme stark ausgelastet. Viele Untersuchungen sind noch in einem frühen Stadium. Dennoch hat es schon eine Reihe an Ergebnissen gegeben, die zu Publikationen geführt haben: 1) Die Eigenschaften von Lithiumniobat-Kristallen mit Sub-Mikrometer-Oberflächenstrukturen wurden erforscht. 2) In Lithiumniobat ist außerdem die lichtinduzierte Erzeugung von Domänen auf den nichtpolaren Flächen entdeckt und erforscht worden; hier spielen thermoelektrische Felder eine besondere Rolle. 3) Mit dem Mikroskop wurden nanoskopische Domänen in He-implantieres Lithiumniobat eingebracht – wobei hier insbesondere die zukünftige Anwendung als photonische Kristalle im Vordergrund steht. 4) Informationen über das Wachstum von Domänen, die lokal mit der Spitze des Rasterkraftmikroskops erzeugt wurden, ermöglichten die Bestimmung des Koerzitivfeldes sowie die Entwicklung eines Verfahrens, um reproduzierbar Domänen in Dünnschliffen ferroelektrischer Kristalle zu erzeugen. 5) Die Domänenstruktur multiferroischer oxidischer Manganate wurde in allen drei Raumrichtungen erstmals abgebildet. Außerdem hat es erste Versuche mit ferroelektrischen Lithiumniobat-Nanokristallen gegeben, die noch fortschreiten und deren Auswertung noch läuft. Es zeichnet sich ab, dass auch Kristalle mit Größen unterhalb von 10 nm weiter azentrisch und ferroelektrisch sind.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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“Electrostatic topology of ferroelectric domains in YMnO3”. Appl. Phys. Lett. 97, 012904 (2010)
T. Jungk, A. Hoffmann, M. Fiebig, and E. Soergel
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“Low-voltage nanodomain writing in He-implanted lithium niobate crystals”. Appl. Phys. Lett. 96, 082902 (2010)
M. Lilienblum, A. Ofan, Á. Hoffmann, O. Gaathon, L. Vanamurthy, S. Bakhru, H. Bakhru, R. M. Osgood, Jr., and E. Soergel
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“Anomalous domain inversion in LiNbO3 single crystals investigated by scanning probe microscopy”. J. Appl. Phys. 110, 052018 (2011)
M. Lilienblum and E. Soergel
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“Determination of the effective coercive field of ferroelectrics by piezoresponse force microscopy”. J. Appl. Phys. 110, 052012 (2011)
M. Lilienblum and E. Soergel
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“Direct writing of ferroelectric domains on the x- and y-faces of lithium niobate using a continuous wave ultraviolet laser”. Appl. Phys. Lett. 98, 062902 (2011)
H. Steigerwald, Y. J. Ying, R. W. Eason, K. Buse, S. Mailis, and E. Soergel
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“Large-area regular nanodomain patterning in He-irradiated lithium niobate crystals”. Nanotechnology 22, 285309 (2011)
A.Ofan, M. Lilienblum, O. Gaathon, A. Sehrbrock, A. Hoffmann, S. Bakhru, H. Bakhru, S. Irsen, R. M. Osgood Jr. and E. Soergel
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“Manipulation of ferroelectric vortex domains in hexagonal manganites”. J. Appl. Phys. 110, 052007 (2011)
M. Lilienblum, E. Soergel, and M. Fiebig
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“Ultra-smooth lithium niobate photonic micro-structures by surface tension reshaping”. Opt. Expr. 18, 11508 (2011)
C. Y. J. Ying, C. L. Sones, A. C. Peacock, F. Johann, E. Soergel, R. W. Eason, M. N. Zervas, and S. Mailis
