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Tip-Induced In-Plane Ferroelectric Superstructure in Zigzag-Wrinkled BaTiO3 Thin Films
Nano Letters ( IF 9.6 ) Pub Date : 2022-03-21 , DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c05028 Yuqing Zhou 1 , Changqing Guo 2 , Guohua Dong 3 , Haixia Liu 3 , Ziyao Zhou 3 , Ben Niu 4 , Di Wu 4 , Tao Li 1 , Houbing Huang 2 , Ming Liu 3 , Tai Min 1
Nano Letters ( IF 9.6 ) Pub Date : 2022-03-21 , DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c05028 Yuqing Zhou 1 , Changqing Guo 2 , Guohua Dong 3 , Haixia Liu 3 , Ziyao Zhou 3 , Ben Niu 4 , Di Wu 4 , Tao Li 1 , Houbing Huang 2 , Ming Liu 3 , Tai Min 1
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The complex micro-/nanoscale wrinkle morphology primarily fabricated by elastic polymers is usually designed to realize unique functionalities in physiological, biochemical, bioelectric, and optoelectronic systems. In this work, we fabricated inorganic freestanding BaTiO3 ferroelectric thin films with zigzag wrinkle morphology and successfully modulated the ferroelectric domains to form an in-plane (IP) superstructure with periodic surface charge distribution. Our piezoresponse force microscopy (PFM) measurements and phase-field simulation demonstrate that the self-organized strain/stress field in the zigzag-wrinkled BaTiO3 film generates a corresponding pristine domain structure. These domains can be switched by tip-induced strain gradient (flexoelectricity) and naturally form a robust and unique “braided” in-plane domain pattern, which enables us to offer an effective and convenient way to create a microscopic ferroelectric superstructure. The corresponding periodic surface potential distribution provides an extra degree of freedom in addition to the morphology that could regulate cells or polar molecules in physiological and bioelectric applications.
中文翻译：
之字形褶皱 BaTiO3 薄膜中的尖端诱导平面内铁电超结构
主要由弹性聚合物制造的复杂微/纳米级皱纹形态通常旨在实现生理、生化、生物电和光电系统中的独特功能。在这项工作中，我们制造了具有锯齿形褶皱形态的无机独立式 BaTiO 3铁电薄膜，并成功地调制了铁电畴以形成具有周期性表面电荷分布的面内 (IP) 超结构。我们的压电响应力显微镜 (PFM) 测量和相场模拟表明，Z 字形褶皱 BaTiO 3中的自组织应变/应力场film 生成相应的原始域结构。这些畴可以通过尖端引起的应变梯度（挠曲电）进行切换，并自然形成坚固而独特的“编织”面内畴图案，这使我们能够提供一种有效且方便的方法来创建微观铁电上层结构。除了可以在生理和生物电应用中调节细胞或极性分子的形态外，相应的周期性表面电位分布还提供了额外的自由度。
更新日期：2022-03-21
中文翻译：
之字形褶皱 BaTiO3 薄膜中的尖端诱导平面内铁电超结构
主要由弹性聚合物制造的复杂微/纳米级皱纹形态通常旨在实现生理、生化、生物电和光电系统中的独特功能。在这项工作中，我们制造了具有锯齿形褶皱形态的无机独立式 BaTiO 3铁电薄膜，并成功地调制了铁电畴以形成具有周期性表面电荷分布的面内 (IP) 超结构。我们的压电响应力显微镜 (PFM) 测量和相场模拟表明，Z 字形褶皱 BaTiO 3中的自组织应变/应力场film 生成相应的原始域结构。这些畴可以通过尖端引起的应变梯度（挠曲电）进行切换，并自然形成坚固而独特的“编织”面内畴图案，这使我们能够提供一种有效且方便的方法来创建微观铁电上层结构。除了可以在生理和生物电应用中调节细胞或极性分子的形态外，相应的周期性表面电位分布还提供了额外的自由度。
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