Mechanical Nanoscale Polarization Control in Ferroelectric PVDF‐TrFE Films

材料科学 极化 铁电性 压电 薄膜 电介质 极化(电化学) 铁电聚合物 纳米尺度 电场 复合材料 光电子学 光学 纳米技术 量子力学 物理 物理化学 化学
作者
R.S. Roth,Martin M. Koch,A. D. Rata,Kathrin Dörr
出处
期刊:Advanced electronic materials [Wiley]
卷期号:8 (6) 被引量:13
标识
DOI:10.1002/aelm.202101416
摘要

Abstract Ferroelectric polymer films offer strong advantages like mechanical flexibility, biocompatibility, optical transparency, and low‐cost processing. However, their dielectric or piezoelectric performance is often inferior to that of oxide ferroelectric materials. Key to the dielectric or piezoelectric performance of semicrystalline polymers is the enhancement of electric dipolar order that is naturally lower than in crystalline ferroelectrics. Here, reorientation and alignment of the electric polarization in thin films by the mechanical effect of a scanning unbiased force microscopy tip is demonstrated as a versatile tool for nanoscale domain writing. Thin films (50–150 nm) of PVDF‐TrFE (78:22) on graphite are prepared with dense ( 1 10)‐oriented β‐phase lamellae randomly oriented in the film plane. The in‐plane polarization can be poled “mechanically” along any deliberately chosen direction in the film plane after vertical electric poling. Domain patterns with resolution down to ≈50 nm are written with four (out of six possible) local polarization orientations. Written domains show excellent long‐time stability. The surface roughening from the mechanical treatment is moderate (rms roughness of 2–3 nm). A ferroelastic origin of the mechanical polarization switching is discussed. Finally, suggestions are made how to utilize the domain patterns in thin film devices.

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