Přepínání elektrické polarizace v moiré feroelektrikách pomocí expozice elektronovým svazkem

Abstract

The subject of this thesis is the study of materials VPbS3 and CrBiS3, misfit layer compounds, with emphasis on VPbS3. As we have recently shown, this material shows evidence of sliding ferroelectricity, a new type of ferroelectricity typical of van der Waals bonded materials. The domain structure of VPbS3 can be imaged by both atomic force microscopy and scanning electron microscopy. Our tests show that the domains can be polarized by electron beam lithography. For bulk crystals, domains can typically be polarized with charge densities with order of thousands of µC/cm2 and with accelerating voltages from 20 kV. Exfoliated crystals are orders of magnitude more sensitive to charge density values. We have also confirmed the sliding ferroelectricity in CrBiS3 material. Its domain structure can also be polarized by electron beam lithography, but probably due to the higher resistivity, charge densities as low as the order of tens of µC/cm2 can be used. Other structurally similar misfit layered compounds can be expected to be ferroelectric as well, which brings a wide range of possibilities for combining ferroelectricity and other material properties. 1

Předmětem této diplomové práce je studium materiálů VPbS3 a CrBiS3, vrstevnatých sloučenin s nesouměřitelnou krystalovou strukturou, s důrazem na VPbS3. Jak se nám nedávno podařilo ukázat, tento materiál vykazuje známky skluzové feroelektricity, což je nový druh feroelektricity typický pro materiály s van der Waalsovou vazbou. Doménovou strukturu VPbS3 lze zobrazit pomocí mikroskopie atomárních sil i skenovací elektro- nové mikroskopie. Z našich testů vyplývá, že domény je možné přepolarizovat litografií elektronovým svazkem. U objemových krystalů je typicky možné domény přepolarizo- vat s nábojovými hustotami v řádu tisíců µC/cm2 a s urychlovacím napětím od 20 kV. Exfoliované krystaly jsou na hodnoty nábojové hustoty řádově citlivější. Skluzovou fero- elektricitu jsme potvrdili i u materiálu CrBiS3. Jeho doménovou strukturu je také možné přepolarizovat pomocí litografie elektronovým svazkem, ale pravděpodobně díky vyššímu odporu lze používat nábojové hustoty již v řádu desítek µC/cm2 . Dá se předpokládat, že i ostatní strukturně podobné vrstevnaté sloučeniny s nesouměřitelnou krystalovou struk- turou budou feroelektrické, což přináší široké možnosti kombinace feroelektricity a dalších materiálových vlastností. 1