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研究團隊采用新的技術來使原子力顯微鏡直接測量壓電效應，這樣我們對鐵磁性材料將會有更好的理解。　　圖片來源：ICMAB-CSIC/NatureCommunications巴塞羅那奧托諾瑪大學（UniversityAutonomaofBarcelona）的研究團隊最近研究出了一種新的原子力顯微鏡技術，這種技術可以利用壓電效應本身直接探測鐵磁性材料的壓電效應。壓電效應和鐵磁性材料是現在一系列技術的基礎，比如超聲波發生器和超聲掃描儀，未來可能還有CMOS重置開關。而這種被稱為直接壓電效應力顯微鏡的技術應該可以使人們對壓電效應和鐵磁性材料有更好的理解。壓電效應是說物質在壓縮或拉伸時會產生電壓，電壓也能導致物質拉伸或收縮。這個效應在1880年被居里兄弟首次測量，之后人們對這個效應有了很詳盡的描述。而鐵磁性材料是指在外電場中極化情況會改變的材料，人們是最近對鐵磁性材料有了更好的理解，很大程度上是因為AFM的進步，或者更精確地說就是壓電效應力顯微鏡（PFM）。PFM技術利用的是逆壓電效應，即用和材料表面接觸的AFM尖端來放出交流電場，再測量材料的形變。這種PFM技術是一種間接測量技術，因為它通過尖端位移的大小來測量振動。西班牙的研究人員已經開始使用這種技術并將其發展成了一種直接測量技術。在《自然—通訊》（NatureCommunications）上的研究顯示，研究人員已經說明，可以先對要研究的材料施加一個力，然后便可以獲得一個直接的測量結果。由于壓電效應，材料受到壓力之后，就會有電荷形成，而根據這一技術，AFM尖端對材料施加壓力并收集產生的電荷。研究的共同作者AndrésGómezRodríguez解釋說“傳統的PFM都通過逆壓電效應工作，也就是對材料施加偏置電壓并記錄其收縮或伸長。但我們證明可以直接記錄壓電效應。”這一技術的關鍵性突破在于記錄因為AFM的壓力產生的微小電流，進而直接了解壓電效應的產生情況，這一突破獲得了歐洲的專利。根據Gómez的說法，在這項研究之前，我們只能通過去年年末才實現的一種特殊的放大器來測量如此小的電流。他還說：“這種方法的另一個重大突破就是說明我們能用AFM在納米級別上測量如此小的電流。”Gómez說到，最近的重大突破是一系列小的進步的加和，他提到以往的工作都錯誤地忽略了測量中使用的放大器的漏電效應。另一個關鍵點是一種含有鉑質超硬尖端的特殊AFM探頭的使用，技術專利中包括了一種納米壓痕儀的使用。對這個納米壓痕儀持續開展工作也代表了研究人員對這一技術進一步的研究方向。在對這一技術的應用方面，研究團隊已經收到資金資助用于探測在鉛鹵化物鈣鈦礦制成的太陽能電池中的鐵磁效應和壓電效應。Gómez說：“壓電效應對理解電池的高效率是非常重要的。”本文觀點只代表作者，不代表《科學美國人》（翻譯：劉博堯；審校：么宇輝）原文鏈接【科學美國人博客】：https://spectrum.ieee.org/nanoclast/semiconductors/nanotechnology/new-afm-technique-reveals-piezoelectricity-in-ferroelectric-materials

關鍵字標籤：超強磁鐵