多铁性材料纳米尺度畴结构的原位集成表征装置制造方法及图纸

本发明专利技术的一种多铁性材料纳米尺度畴结构的原位集成表征装置，包括：用于对被测多铁性材料进行多铁性畴结构的原位激发以使该被测多铁性材料的激励点产生畴结构成像信号的原子力显微镜原位激励平台；对所述畴结构成像信号进行原位实时检测和数据处理并实时显示所述多铁性畴结构的原位成像表征结果的原位检测平台。采用本发明专利技术，能够有效进行多铁性材料纳米尺度铁电畴、铁磁畴的原位、无损、实时、动态、集成表征。

In situ integrated characterization device for nanoscale domain structure of multiferric materials

In situ characterization including integrated device of the invention, a multiferroic materials of nanoscale domain structure: atomic force microscope for in situ multiferroic domain structure of the measured multiferroic materials excited so that the measured multiferroic materials have little incentive domain structure of the imaging signal of primary incentive platform; in real-time detection and data processing of the domain structure and imaging signal in situ detection platform in situ imaging characterization results of real-time display of the multi domain structure of iron. The invention can effectively carry out the in-situ, nondestructive, real-time, dynamic and integrated characterization of ferroelectric domains and ferromagnetic domains of the multi ferromagnetic materials.

【技术实现步骤摘要】
多铁性材料纳米尺度畴结构的原位集成表征装置
本专利技术属于仪器研制领域，具体地，涉及一种多铁性材料纳米尺度畴结构的原位集成表征装置。
技术介绍
多铁性材料是指在一定温度下同时存在铁电性、铁磁性和铁弹性中两种或者两种以上有序态的一类化合物。其中，最有研究意义和使用价值的是同时具有铁电性和铁磁性的多铁性材料。这两种有序态的同时存在会使材料体系产生独特的磁电耦合效应，使多铁性材料具有丰富的物理性质。同时，两种有序子系统在体系内部引起的自发磁电耦合效应使得材料能够通过电场来控制其自发磁化，通过磁场来控制其自发极化，从而具有巨大的应用前景。而兼具铁电性和铁磁性的功能材料在信息存储、微波领域、高压输电线路电流测量、多功能电子设备等多方面都有很大的发展潜力。由于多铁性材料蕴含着丰富的材料科学与物理研究课题、以及可预期的广阔应用前景，近年来引起了国内外广大科学工作者的密切关注，是当前无机材料学界最为活跃的研究领域之一，而纳米尺度多铁性能的测量和表征亦日益成为该领域急需解决的挑战性课题。包括（铁）电畴与（铁）磁畴等的畴结构是多铁性材料中重要的微观结构，是多铁性材料宏观物理现象和物理性能的基础，电畴和磁畴结构的原位观察对研究磁电耦合效应意义重大。目前铁电畴与铁磁畴的表征方法具有如下局限性：铁电畴、铁磁畴结构的表征是采用多套分立装置完成的，无法达到实时、同步检测。因此，多铁性材料的畴结构的传统表征方法难以实现多铁性材料纳米尺度电畴、磁畴的原位、实时、集成表征。针对以上局限性，本专利技术希望建立能实现多铁性材料纳米尺度电畴、磁畴的原位、无损、实时、动态、定量表征的表征装置，以满足当前迅猛发展的多铁性材料表征之急需。
技术实现思路
鉴于以上所述，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种多铁性材料纳米尺度畴结构的原位集成表征装置，能够有效进行多铁性材料纳米尺度铁电畴、铁磁畴的原位、无损、实时、动态、集成表征。为了解决上述技术问题，本专利技术的一种多铁性材料纳米尺度畴结构的原位集成表征装置，包括：用于对被测多铁性材料进行多铁性畴结构的原位激发以使该被测多铁性材料的激励点产生畴结构成像信号的原子力显微镜原位激励平台；对所述畴结构成像信号进行原位实时检测和数据处理并实时显示所述多铁性畴结构的原位成像表征结果的原位检测平台。根据本专利技术，通过设置原子力显微镜原位激励平台，提供纳米尺度电畴、磁畴激发所需的基本硬件平台，并实现原位激发多铁性材料纳米尺度多铁性畴结构（铁电畴、铁磁畴）的成像信号；并通过设置原位检测平台，用于实现多铁性材料纳米尺度畴结构的原位实时检测及数据处理，实时显示畴结构的成像表征结果。本专利技术将原子力显微镜（AFM）纳米检测功能与畴结构成像信号激励相结合，基于商用AFM纳米检测平台，建立起兼具纳米级畴结构成像信号激励与检测特性的纳米原位评价技术，有效解决了多铁性材料纳米尺度畴结构原位表征这一关键技术难点。本专利技术的表征装置不仅具有纳米尺度多铁性畴结构原位激发、原位同步表征的独特功能，而且具有高分辨率、高灵敏度、高信噪比等优点。且本专利技术的表征装置结构简单、兼容性强、适用于与不同商用AFM相结合，是一项易于推广和应用的新技术，且拓展了现有商用原子力显微镜所不具有的纳米多铁性材料物性评价功能，为深入研究纳米多铁性材料的磁电耦合机制以及纳米多铁性材料与器件的深入发展提供了重要的原位、纳米尺度表征装置。又，在本专利技术中，也可以是，所述原子力显微镜原位激励平台包括：具备载置所述被测多铁性材料的磁性底座的原子力显微镜平台；用于对所述被测多铁性材料进行扫描以检测其激励点所产生的所述畴结构成像信号的探针；用于产生分别施加于所述磁性底座及探针上以进行所述原位激发的激励信号的信号发生单元；用于将从所述探针检测到的所述畴结构成像信号发送至所述原位检测平台的信号输出单元。根据本专利技术，可以使原子力显微镜原位激励平台有效地实现对被测多铁性材料进行多铁性畴结构的原位激发以使该被测多铁性材料的激励点产生畴结构成像信号，并将该畴结构成像信号输出至原位检测平台。又，在本专利技术中，也可以是，所述原子力显微镜原位激励平台还包括：将所述探针的扫描模式在接触式扫描模式与非接触式扫描模式之间进行切换的切换模块。根据本专利技术，可以通过切换模块使探针的扫描模式在电畴成像过程中的接触式扫描模式与磁畴成像过程中的非接触式扫描模式之间进行直接、实时切换，提高了本专利技术的表征装置的可靠性，保证了扫描定位的准确性，实现了多铁性畴结构的原位成像。又，在本专利技术中，也可以是，所述切换模块包括：用于在电畴成像过程中开启所述接触式扫描模式而在磁畴成像过程中关闭所述接触式扫描模式的接触式扫描开关控制单元；和用于在所述磁畴成像过程中开启所述非接触式扫描模式而在所述电畴成像过程中关闭所述非接触式扫描模式的非接触式扫描开关控制单元。根据本专利技术，通过该接触式扫描开关控制单元和非接触式扫描开关控制单元可以有效地实现在电畴成像过程中的接触式扫描模式与磁畴成像过程中的非接触式扫描模式之间的直接、实时切换。又，在本专利技术中，也可以是，还包括设于所述信号发生单元与所述探针之间的压电双晶片。根据本专利技术，通过设置压电双晶片，可以有利于实现被测多铁性材料的磁畴结构成像信号的原位激发。又，在本专利技术中，也可以是，所述探针为磁电检测探针，在所述接触式扫描模式下，所述探针作为反馈参量的微悬臂形变量为0.1-2nm，与所述被测多铁性材料互作用的接触面积直径为10-20nm；在所述非接触式扫描模式下，所述探针与所述被测多铁性材料之间的距离为50nm-150nm。根据本专利技术，磁电检测探针同时具有微区压电、磁力信号激励源及检测源的功能；该磁电检测探针的工作模式包括接触式扫描模式与非接触式扫描模式。在接触式扫描模式下，探针作为反馈参量的微悬臂形变量为0.1-2nm，与被测多铁性材料互作用的接触面积直径为10-20nm，从而有利于实现电畴成像的高分辨率。在非接触式扫描模式下，探针与被测多铁性材料之间的距离为50nm-150nm，可以有利于减小样品形貌起伏对磁畴信号的影响，保持磁畴成像信号的稳定性。又，在本专利技术中，也可以是，所述探针的工作频率范围为2kHz-70kHz。根据本专利技术，探针的工作频率范围为2kHz-70kHz，有利于获得较大幅度的电畴和磁畴有效成像信号，减小噪声干扰。又，在本专利技术中，也可以是，其特征在于，所述原位检测平台包括：用于接收所述原子力显微镜原位激励平台输出的所述畴结构成像信号并提高该信号幅度的信号处理单元；对所述信号处理单元输出的信号进行检测的锁相放大器单元；对所述锁相放大器单元输出的信号进行数据处理并显示所述多铁性畴结构的原位成像表征结果的处理及显示单元。根据本专利技术，可以有效地实现对畴结构成像信号进行原位实时检测和数据处理并实时显示多铁性畴结构的原位成像表征结果。本专利技术可包含权利要求书和/或说明书和/或附图中公开的至少两个结构的任意组合。尤其是，本专利技术包含权利要求书的各项权利要求的两个以上的任意组合。根据下述具体实施方式并参考附图，将更好地理解本专利技术的上述及其他目的、特征和优点。附图说明图1示意性地示出根据本专利技术的多铁性材料纳米尺度畴结构的原位集成表征装置的结构框图；图2示意性地示出图1所示的表征装置中的原子力显微镜原位激励平台的结构框图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多铁性材料纳米尺度畴结构的原位集成表征装置，其特征在于，包括：用于对被测多铁性材料进行多铁性畴结构的原位激发以使该被测多铁性材料的激励点产生畴结构成像信号的原子力显微镜原位激励平台；对所述畴结构成像信号进行原位实时检测和数据处理并实时显示所述多铁性畴结构的原位成像表征结果的原位检测平台；所述原子力显微镜原位激励平台包括：具备载置所述被测多铁性材料的磁性底座的原子力显微镜平台；用于对所述被测多铁性材料进行扫描以检测其激励点所产生的所述畴结构成像信号的探针；用于产生分别施加于所述磁性底座及探针上以进行所述原位激发的激励信号的信号发生单元；用于将从所述探针检测到的所述畴结构成像信号发送至所述原位检测平台的信号输出单元；所述原位检测平台包括：用于接收所述原子力显微镜原位激励平台输出的所述畴结构成像信号并提高该信号幅度的信号处理单元；对所述信号处理单元输出的信号进行检测的锁相放大器单元；对所述锁相放大器单元输出的信号进行数据处理并显示所述多铁性畴结构的原位成像表征结果的处理及显示单元；还包括设于所述信号发生单元与所述探针之间的压电双晶片；所述原子力显微镜原位激励平台还包括：将所述探针的扫描模式在接触式扫描模式与非接触式扫描模式之间进行切换的切换模块；所述切换模块包括：用于在电畴成像过程中开启所述接触式扫描模式而在磁畴成像过程中关闭所述接触式扫描模式的接触式扫描开关控制单元；和用于在所述磁畴成像过程中开启所述非接触式扫描模式而在所述电畴成像过程中关闭所述非接触式扫描模式的非接触式扫描开关控制单元。...

【技术特征摘要】
1.一种多铁性材料纳米尺度畴结构的原位集成表征装置，其特征在于，包括：用于对被测多铁性材料进行多铁性畴结构的原位激发以使该被测多铁性材料的激励点产生畴结构成像信号的原子力显微镜原位激励平台；对所述畴结构成像信号进行原位实时检测和数据处理并实时显示所述多铁性畴结构的原位成像表征结果的原位检测平台；所述原子力显微镜原位激励平台包括：具备载置所述被测多铁性材料的磁性底座的原子力显微镜平台；用于对所述被测多铁性材料进行扫描以检测其激励点所产生的所述畴结构成像信号的探针；用于产生分别施加于所述磁性底座及探针上以进行所述原位激发的激励信号的信号发生单元；用于将从所述探针检测到的所述畴结构成像信号发送至所述原位检测平台的信号输出单元；所述原位检测平台包括：用于接收所述原子力显微镜原位激励平台输出的所述畴结构成像信号并提高该信号幅度的信号处理单元；对所述信号处理单元输出的信号进行检测的锁相放大器单元；对所述锁相放大器单元输出的信号进行数据处理并显示所述多铁性畴结构的原位成像表征结果的处...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵坤宇，曾华荣，于会珠，殷庆瑞，李国荣，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31