考虑杂散电场的压电响应力显微镜实空间相场模拟

这是一篇文章的预印本，将发表在《材料科学与工程建模与仿真》(0965 - 0393/20/3/035021 doi: 10.1088 /）.

考虑杂散电场的压电响应力显微镜实空间相场模拟

作者:杨伦和考什克·达亚尔，卡内基梅隆大学

摘要

压电响应力显微镜(PFM)是一种强大的扫描探针技术，用于表征铁电体微观结构的重要方面。它已被广泛应用于研究畴型、畴形核和畴壁结构。本文采用一个实空间相场模型来一致地模拟各种PFM结构。我们将PFM尖端建模为铁电体外部的带电区域，并实施边界元方法来有效和准确地解释介导尖端和铁电体之间相互作用的外部杂散场。我们的相场模型和求解方法可以同时考虑试样内部和外部的电场，并且可以用相同的相场模型一致地求解得到的机电响应。我们将其应用于各种问题:首先，晶格取向对诱导尖端位移和旋转的影响;其次，PFM扫描在自由表面出现的90°畴壁;第三，闭合域微观结构对PFM响应的影响;第四，表面调制对PFM响应的影响;表面电荷补偿对PFM响应的影响。