汤渊源教授在《Chemical Society Reviews》上发表关于压电力显微镜的综述文章

近日，南昌大学国际有序物质科学研究院汤渊源教授在Chemical Society Reviews（中科院一区TOP，IF=42.846）上发表了题为“PFM (Piezoresponse Force Microscopy)-aided design for molecular ferroelectrics”的长文综述。南昌大学为唯一完成单位。

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综述介绍

作为铁磁性材料的电等价物，铁电材料拥有宏观自发电极化，表现出电滞回线等特性，在存储、能量转换、开关、传感等方面得到广泛应用。虽然目前广泛使用的是无机铁电材料，但近年来分子铁电材料的发展已经可以在关键性能上比肩无机铁电体，展现出巨大的潜在应用。此外，分子铁电材料拥有无机铁电材料无法具备的特性：如相变过程中巨大的熵变、单一手性、光异构性以及性能上的低声阻抗等。近年来，关于分子铁电材料的研究呈现出井喷式发展，这得益于两方面原因。一方面，在理论上，经过二十多年的研究和探索，熊仁根教授提出了“铁电化学”学科，有效指导了分子基铁电体的合理设计。另一方面，新的表征技术特别是压电力显微镜(PFM)技术的应用，让铁电性的证明更加简便快捷。本文阐述了PFM在分子铁电材料设计和性能优化研究中巨大的辅助作用。

典型PFM系统和PFM程序

PFM利用铁电材料的逆压电效应成像，其中，振幅参数展示了铁电畴压电响应的大小，相位参数反映畴的极化方向。此外，通过PFM探针可以向样品原位施加电场，检测样品的极化翻转行为、调控畴结构等。具体来说，PFM在分子铁电材料合成设计过程中的应用主要表现在以下几个方面：

1. PFM可以无损的表征铁电体的畴结构并检测其极化翻转行为。其优势是可以测试微区范围，对样品尺寸没有要求，可以直接测试薄膜样品，并且样品不需要经过特殊处理。若铁电性的测定依赖于宏观的电滞回线的测量，将是一项耗时且复杂的任务。一般包括以下步骤:生长大晶体，找到极轴，抛光处理，测量。基于PFM的畴结构和畴翻转测量大大缩短了铁电性证明的时间成本。

过去和现在分子铁电体发现过程的比较

2. PFM成像可以揭示铁电畴结构与晶体对称性之间的关系。铁电体的畴结构决定于顺电相和铁电相的晶体的对称性，所以畴结构特别是畴的形态反映了晶体的对称性破缺行为。通过分析PFM面内和面外的振幅和相位信号，还可以定出铁电畴极化方向的种类，为晶体结构解析提供依据。

3. 通过PFM探针在样品表面施加电压可以研究畴生长动力学。畴生长动力学与铁电器件的速率和功耗相关，在实际应用之前需要厘清。

4. 可以研究畴壁带电性和导电性、磁电耦合、拓扑畴结构等。 

5. 测试样品的微区压电性能。对压电响应的测量一方面可以证明晶体结晶在非心点群（点群432除外），另一方面揭示材料压电性能的好坏。

PFM表征辅助下铁电材料的研究蓝图

本文系统的总结了PFM在协助高性能分子铁电体设计方面的重要作用，将进一步促进它们在光学、电子学、磁学、热学和力学等领域的实际应用。

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