近年來，疇壁因其納米尺度、功能多樣以及多場可控等優異特性而引起了研究人員的廣泛關注。尤其是鐵電材料疇壁上發現的顯著增強電導特性預示着可以利用疇壁與疇中的電導差異實現信息存儲，從而在新型存儲器件中具有巨大的應用潛力。然而由于鐵電材料通常是良好的絕緣體，其疇壁上直流電導往往較弱（～pA），很難測量。同時，導電探針測量鐵電薄膜表面導電性時需要考慮探針與薄膜之間的肖特基接觸，這也阻礙了薄膜本身導電性的直接探測和研究。此外，疇壁上常伴随的電荷聚集、極化不連續等特性導緻其自身的不穩定。綜合這些原因，如何增強疇壁導電性以及改善其非易失性成為鐵電疇壁研究的核心問題。
最近，中心成員清華物理系于浦研究組與美國橡樹嶺國家實驗室等研究人員在絕緣鐵電薄膜上通過采用新的測量手段——近場掃描微波阻抗譜（圖a）探測到疇壁處顯著增強（～nA）的交流導電性。在高質量锆钛酸鉛PZT薄膜樣品上，他們通過在掃描探針上周期性的施加正負電壓對鐵電疇進行調控，形成具有極化向上向下交替的穩定鐵電疇結構（圖c）以及規則的180°鐵電疇壁，并在同一區域通過施加交流電壓(3 GHz) 對樣品的交流阻抗譜進行了測量。由于有效的扣除了接觸電阻的影響，阻抗的實部（電導）測量結果（圖d）表明在疇壁區域出現了明顯的增強的電導（亮條紋），與鐵電疇區域形成鮮明對比。同時，進一步的研究表明，該顯著增強的離子電導可以通過電場進行寫入和擦除，具有良好的可操控性。
近場掃描微波阻抗譜測量疇壁電導率這一方法不僅解決了當前鐵電疇壁研究中，直流電流小、不易觀測等問題，并且這一手段由于微波信号與疇壁的耦合較小，而對疇壁不存在破壞性，能夠實現疇壁信号的非破壞性讀取。這一研究使鐵電疇壁向着新型電子器件應用這一目标又跨出了一步，同時也為其它材料微觀導電性研究提供了一種新型的手段。
研究成果以“Microwave a.c. conductivity of domain walls in ferroelectric thin films”為題發表在Nature Communications上 。
原文鍊接：http://www.nature.com/ncomms/2016/160531/ncomms11630/full/ncomms11630.html
