[发明专利]基于原子力显微镜的纳米尺度热导-电畴原位表征装置

说明书

本发明提供一种基于原子力显微镜的纳米尺度热导‑电畴原位表征装置包括：纳米热学‑机电信号原子力显微镜原位激励平台，对被测纳米功能材料样品原位激发微区热学‑机电信号；纳米热学‑机电信号原位检测平台，对所述微区热学‑机电信号进行原位实时检测及数据处理以得到所述被测纳米功能材料样品的微区热导率、电畴结构，并实时显示所述被测纳米功能材料样品的微区热导率、电畴结构的成像表征结果。本发明能够实现纳米功能材料热导与电畴的原位、实时、集成表征。

技术领域

本发明属于仪器研制领域，尤其涉及一种基于原子力显微镜的可实现功能材料纳米尺度热导率、电畴结构原位集成表征的装置。

背景技术

铁性材料作为新型功能材料，蕴含着丰富的材料科学与物理研究课题、以及可预期的广阔应用前景，已成为当前国际上的一个研究热点。铁性材料具有丰富的物理性质，在信息存储、微波领域、高压输电线路电流测量、多功能电子设备等多方面都有很大的发展潜力。

以铁性材料为基的器件正迅速朝着功能集成化，尺寸微型化方向发展。尺寸微型化易导致器件功耗严重、热效应和漏电性显著。以往特别是近期研究多集中于铁性材料制备、微结构成像、磁电耦合、电机械耦合、光电效应等物理效应研究，虽然取得了令人瞩目的重要进展，但对铁性材料功能器件应用密切相关的热学特性及其与纳米结构和磁电功能之间互作用方面的研究却仍然缺失，极大地制约了对功能器件在服役条件下其纳米尺度结构和功能动态演化的深入理解。

对于铁性材料为代表的功能材料，目前其表征方法具有如下局限性：其热导率、电畴结构的表征是采用多套不同的分立装置完成的，无法达到实时、同步检测，而且需要更换不同的探针，无法实现原位表征。因此，传统表征方法难以实现纳米功能材料热导与电畴的原位、实时、集成表征。针对以上局限性，发明人希望建立能实现纳米尺度功能材料化学组分与电学性能的原位、无损、实时、动态、定量表征的纳米光电表征系统，以满足当前迅猛发展的功能材料表征之急需，促进新型铁性功能材料及器件的创新研发及其在功能领域的应用。

原子力显微镜(AFM)是当前开展纳米科学研究的重要工具之一，它具有高精度控制、纳米级分辨率等独特优点，已成为一种成熟的纳米检测平台，并为在其基础上发展新技术、拓展新功能提供了重要平台基础。

发明内容

鉴于以上所述，本发明的目的在于提供一种基于原子力显微镜的纳米尺度热导-电畴原位表征装置，能够实现纳米功能材料热导与电畴的原位、实时、集成表征。

为此，本发明提供的基于原子力显微镜的纳米尺度热导-电畴原位表征装置包括：纳米热学-机电信号原子力显微镜原位激励平台，对被测纳米功能材料样品原位激发微区热学-机电信号；纳米热学-机电信号原位检测平台，对所述微区热学-机电信号进行原位实时检测及数据处理以得到所述被测纳米功能材料样品的微区热导率、电畴结构，并实时显示所述被测纳米功能材料样品的微区热导率、电畴结构的成像表征结果。

本发明针对目前纳米功能材料表征的迫切需求，基于AFM纳米平台的检测成熟性、功能齐全性及结构完善性等特点，建立了纳米热学-机电原位表征装置，实现了纳米尺度热导率和电畴结构的原位、实时、动态成像，为深入研究纳米功能材料的热/电效应、纳米功能材料及其器件的深入发展提供了重要的原位纳米表征方法。

较佳地，所述纳米热学-机电信号原子力显微镜原位激励平台包括：原子力显微镜平台，磁性底座，热压检测探针，热压参考探针，两个可调电阻，信号发生器，以及热压成像信号输出端口；所述磁性底座设置在所述原子力显微镜平台上，所述被测纳米功能材料样品置于所述磁性底座上；所述热压检测探针、热压参考探针、两个可调电阻和信号发生器组成惠斯通电桥；所述信号发生器产生的激励信号分别通过其微区热学激励信号传输端、微区电学激励信号传输端和所述惠斯通电桥施加于所述热压检测探针；所述热压检测探针置于所述被测纳米功能材料样品上并与之接触，以检测所述被测纳米功能材料样品的激励点的热学-机电信号；所述热压成像信号输出端口接收所述热学-机电信号。由此，可以有效地实现纳米功能材料热导与电畴的原位、实时、集成表征。