Scanning probe microscopy applied to the study of domains and domain walls in a ferroelectric KNbO₃ crystal

• Main Authors: Martínez-Pastor, J., Valdés, J. L., Martín-Carrón, L., Canet-Ferrer, J.
• Format: Article
• Language: English
• Published: Elsevier 2006-06-01
• Series: Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio
• Subjects: KNbO3; ferroelectric; domain-wall; SNOM and AFM; ferroeléctrico; pared de dominio; SNOM y AFM
• Online Access: http://ceramicayvidrio.revistas.csic.es/index.php/ceramicayvidrio/article/view/309/328

A commercial Atomic Force Microscope (AFM) and a semi-home made Scanning Near-Field Optical Microscope (SNOM) have been used to characterize electrically, topographically and optically the domain walls among natural ferroelectric domains in a KNbO3 crystal. The AFM measurements have been performed with a metallic coated tip in order to detect electrostatic forces between the polarization field at the ferroelectric surface and the tip. An external electric field has also been applied between the sample surface and the tip to tune this electrostatic interaction over the atomic forces. In optical transmission images, acquired under near field conditions, we observe a clear contrast of the signal at the domain walls between 180º spontaneous polarization domains; while the images of the surface topography, obtained simultaneously, show a reasonably flat surface of the crystal. The scanning probe microscopy techniques used in this work are valuable tools for the investigation of ferroelectric materials and, in particular, to characterize the domain walls, without needing a either especial preparation or damage of the sample surface.<br><br>Hemos utilizado un Microscopio de Fuerzas Atómicas (AFM) comercial y un Microscopio Óptico de Campo Cercano (SNOM) semi-casero para caracterizar eléctrica, óptica y topográficamente las paredes de dominio presentes entre los dominios ferroeléctricos naturales de un cristal de KNbO3. Las medidas de AFM las hemos realizado con una punta recubierta con metal, para detectar las fuerzas electrostáticas entre los campos de polarización de la superficie ferroeléctrica y la punta. Además, hemos aplicado campos eléctricos externos entre la superficie de la muestra y la punta, de manera que se pueda variar la fuerza electrostática en relación a las fuerzas atómicas. En imágenes de transmisión óptica, bajo condiciones de campo cercano, observamos un claro contraste de la señal en las fronteras entre los dominios ferroeléctricos con polarización espontánea a 180º, mientras que las imágenes de topografía muestran una superficie prácticamente plana. Las técnicas de microscopía de prueba usadas en este trabajo se revelan muy valiosas para la investigación de materiales ferroeléctricos y, en particular, para la caracterización de sus dominios y paredes de dominio, puesto que no es necesario preparar ni dañar la superficie de la muestra para ser investigada.