Nanoscale ferroic materials have attracted considerable interest due to their novel properties including electronic, electromechanical and magnetoelectric properties different from bulk properties. Until now, exotic ferroelectric structures have been described theoretically such as flux-closure domains, but experimental studies for ferroelectric multi-domains in nanostructures have been a lack of research due to their large domain wall energy. Our experiments can be divided into two major sections. First, we explored ferroelectric nanopillars under strain relaxation. In the as-grown state, there are four classes of domain structures. Each domain structure is switchable to other domain types by tip-based non-local switching methods whereby local electric polarization switching can affect distant domain regions to minimize free energy. Second, we report growth of ferromagnetic nanopillars on (001)-, (110)-, (111)-oriented $SrTiO_3$ (STO) substrates. Our results show that CFO nanopillars are of rectangular, stripe, triangular shapes embedded in BFO matrixes on (001)-, (110)-, (111)-oriented STO substrates, respectively. Moreover, we observe that the size of CFO nanopillars depends on growth temperature and laser repetition rate. Our findings provide a useful insight into ferroelectric nano-scale multi-domain structures.
최근에 디바이스 소형화 트렌드에 따른 강유전체의 나노구조 특성 연구가 활발히 진행되고 있다. 강유전체 나노구조의 특성은 큰 표면적 용적비 때문에 벌크에서의 특성과 다르게 나타난다. 이론적으로 강유전체 나노구조를 이용하여 유전상수, 압전 특성을 조절할 수 있고, 소용돌이(vortex) 구조와 같은 독특한 도메인 구조가 안정화 되는 것이 알려졌지만, 실험적인 검증이 상대적으로 부족하였다. 본 연구에서는 자가 합성법을 이용하여 강유전체 나노기둥 구조를 성장시키고, 금속 코팅된 탐침을 이용하여 나노 기둥의 국소적인 영역에 전기장을 인가한 후, 강유전체 나노 기둥의 도메인 변화를 관측하였다. 도메인 구조는 스위칭 순서에 의해 결정되는데, 이는 탈분극 에너지의 변화량과 도메인 벽 에너지의 상호작용으로 이해 할 수 있다. 본 연구에서 제시하는 강유전체 나노 기둥의 연구는, 그 동안 발견되지 않은 새로운 도메인을 관측하였고, 이들 도메인 구조를 조절하는 방법을 제시함으로써, 강유전체 나노구조 이해와 응용에 새로운 페러다임을 제공한다.
