米乐m6官方网站 实现铁电薄膜的大面积评估

东京大学先端科学研究生院、东京大学工学研究科、米乐m6官方网站AIST/东京大学先进操作数测量技术开放创新实验室（注 1）成功开发了一种新方法，可以获得铁电薄膜中偏振方向和幅度等偏振矢量信息（图）。传统的评估方法需要足够小的面积（~1mm²）的偏振矢量信息很难评估，这一直是增加铁电薄膜器件面积的挑战之一。这次联合研究小组采用了飞秒激光脉冲照射太赫兹波辐射（注2），我们成功地三维确定了铁电薄膜样品的极化矢量。这次开发的方法是印刷电子产品（注 3）的核心铁电存储器件的非破坏性、非接触式评估方法。

这项研究成果发表在美国物理学会杂志《》上已应用物理审查”发表于2020年11月2日版。这项工作是作为日本学术振兴会（JSPS）科学研究资助金“利用太赫兹电磁波产生的新时空光谱方法的开发及其在凝聚态物质研究中的应用（JP18H01858）”（代表研究员：Noriaki Kida）的一部分进行的。

①研究背景

极化方向可以根据外部电压的方向可逆反转的材料称为铁电材料。通过利用铁电材料特有的这种极化反转现象，可以实现允许数据重写和存储的存储功能。此外，铁电体具有丰富的电学和光学功能，例如热释电（加热时会改变偏振）以及非线性光学特性（以与入射光频率不同的频率发射光）。这些性能都取决于铁电极化的方向和大小。因此，为了阐明铁电体材料的特性并加以应用，获取极化信息非常重要。特别是，为了将铁电材料应用于器件，有必要评估薄膜样品内极化的方向和大小。作为评估方法，Angstrom (Å, 10^-10m)探针显微镜（注4）主要是用的。然而，这种传统方法只需要大面积（~1mm²）的偏振矢量信息很难评估，这一直是增加铁电薄膜器件面积的挑战之一。

②研究内容

为了解决这些问题，本课题组研发了飞秒激光脉冲激发太赫兹波辐射（注2）如图所示，该课题组发现，当铁电样品受到飞秒激光脉冲照射时，会产生太赫兹波辐射，并且发射的太赫兹波的电场幅度和相位分别取决于偏振的大小和方向。如果我们利用这一特性并从各个方向测量偏振，那么太赫兹波的电场幅度和相位应该根据偏振方向而变化。

我们使用有机铁电体2-甲基苯并咪唑（MBI）作为特定的薄膜样品。这种材料在室温下表现出优异的铁电性，并且可以通过在室温和压力下印刷来大面积（~1 mm²) 据透露，可以制造具有相同方向排列的分子的单晶薄膜（注5）。

如图所示，飞秒激光脉冲的光轴（y轴)，测量样本xz面内倾斜，即偏振方向xz我们通过在平面上倾斜太赫兹波来测量太赫兹波电场幅度的 𝜃 旋转和 𝜂 旋转依赖性。结果，我们发现太赫兹波的电场振幅根据偏振方向而显着变化。分析其行为的结果，如图所示，极化为y对于轴，ψ= 45 度，z我们澄清，通过考虑相对于轴的 zel = 90 度的倾斜，可以重现实验结果。

该方法的空间分辨率由飞秒激光脉冲的聚焦大小决定。本实验中为25μm。虽然该方法不具备传统探针显微镜的空间分辨率，但通过扫描飞秒激光脉冲在样品上的焦点位置，可以在大面积（~1 mm²)区域也能够评估偏振信息的空间分布。

③ 未来计划

未来，我们希望利用这种方法，将其应用于各种铁电薄膜和实际铁电器件的极化矢量的非接触、无损评估。

Noriaki Kita（东京大学前沿科学研究生院材料科学系副教授/
米乐m6官方网站、产业技术综合研究所/东京大学、先进操作数测量技术开放创新实验室、客座研究员）
Yuto Kinoshita（研究时：东京大学前沿科学研究生院材料科学系博士生三年级）
　现任：东京大学固体物理研究所国际超强磁场科学研究机构特聘助理教授
Hiroshi Okamoto（东京大学前沿科学研究生院材料科学系教授/
米乐m6官方网站、产业技术综合研究所/东京大学，先进操作数测量技术开放创新实验室，实验室团队负责人）
Yohei Uemura（东京大学工学研究科物理工程系博士生三年级）
Toshito Arai（东京大学工学研究生院物理工程系讲师）
长谷川龙夫（东京大学工学研究科物理工程系教授）

杂志名称：“已应用物理审核” （网络版：11 月 2 日）
论文标题：利用太赫兹辐射发射观察有机分子铁电体薄膜中的三维偏振矢量
作者：Yuto Kinoshita、Masato Sotome、Tatsuya Miyamoto、Yohei Uemura、Shunto Arai、Sachio Horiuchi、Tatsuo Hasekawa、Hiroshi Okamoto 和 Noriaki Kida*
DOI 号：101103/PhysRevApplied14054002
摘要网址：https://linkapsorg/doi/101103/PhysRevApplied14054002

（注 1）AIST/东京大学先进操作数测量技术开放创新实验室

AIST 和东京大学于 2016 年 6 月 1 日在东京大学柏校区建立的研究中心。我们通过结合彼此的种子技术，加强以“桥接”为目的的基础研究，构建产学官网络，开展利用尖端操作测量技术的生物功能材料、新材料、创新装置等的产业化和实际应用的研发。[返回来源]

(注2)太赫兹波辐射

当某种物质受到强光照射时，会发生偏振，其频率为入射光频率的和或差。此时，产生了与新产生的偏振频率相同的光。其中，偏振随不同频率的时间变化为皮秒（10^-12s) 的时间尺度上，则其倒数（太赫兹）频率 (10¹²Hz)的电磁波。[返回来源]

（注 3）印刷电子产品

利用印刷制造技术扩大金属、半导体等面积并制造电子设备的科学技术总称。[返回来源]

(注4)探针显微镜

一种可以利用探针尖端与样品表面之间的相互作用获得偏振信息的显微镜。由于可以使用非常细的针作为探针，因此可以获得 Å 量级的高空间分辨率。例如，在压电力显微镜（PFM）中，在样品和探针之间施加交流电压以测量样品中的应变。[返回参考源]

（注5）（引用过去的研究报告）

开发出即使在低电压下也能工作的有机铁电存储器的印刷制造技术
2015/10/1 AIST 新闻稿 [返回来源]