先端電子機器の鍵となる微小構造の観測技術を開発(Scientists track tiny structures key to advanced electronics)

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2025-05-12 オークリッジ国立研究所 (ORNL)

先端電子機器の鍵となる微小構造の観測技術を開発(Scientists track tiny structures key to advanced electronics)

オークリッジ国立研究所(ORNL)の研究チームは、次世代の低消費電力電子デバイスの開発に向けて、強誘電体材料内の「ドメイン壁」と呼ばれるナノスケール構造の動きを詳細に観察する新技術を開発しました。この技術「スキャニング・オシレーター・ピエゾレスポンス・フォース・マイクロスコピー(SOPFM)」は、急速に変化する電場下でのドメイン壁の動きをリアルタイムで可視化し、エネルギー管理の理解を深めます。ドメイン壁は、周囲の領域とは異なる電気的・磁気的特性を持ち、ナノエレクトロニクスの新たな構成要素として注目されています。この研究は、メモリチップやセンサーなどのエネルギー効率の高いデバイス設計に貢献する可能性があります。

<関連情報>

走査型発振器型圧電応答力顕微鏡を用いたバイアス駆動磁壁運動の画像化 Imaging Bias-Driven Domain Wall Motion With Scanning Oscillator Piezoresponse Force Microscopy

Shivaranjan Raghuraman, Rama K. Vasudevan, Jan-Chi Yang, Kyle P. Kelley, Neus Domingo, Stephen Jesse
Small Methods  Published: 10 January 2025
DOI:https://doi.org/10.1002/smtd.202401565

Abstract

Understanding ferroelectric domain wall dynamics at the nanoscale across a broad range of timescales requires measuring domain wall position under different applied electric fields. The success of piezoresponse force microscopy (PFM) as a tool to apply local electric fields at different positions and imaging their changing position, together with the information obtained from associated switching spectroscopies has fueled numerous studies of the dynamics of ferroelectric domains to determine the impact of intrinsic parameters such as crystalline order, defects and pinning centers, as well as boundary conditions such as environment. However, the investigation of sub-coercive reversible domain wall vibrational modes requires the development of new tools that enable visualizing domain wall motion under varying applied fields with high temporal and spatial resolution while also accounting for spurious electrostatic effects. Here, scanning oscillator piezoresponse force microscopy extends the investigation of domain wall dynamics to new regimes, providing direct visualization of domain wall position as a function of an external electric field that varies in time and location. This enables studying the energetics of field-driven ferroelectric domain wall motion, which is shown to obey a thermally activated flow regime in the millisecond timescale.

0403電子応用
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