磁電特性的定量近場微波顯微術(shù).pdf

1、本文分為四個部分(四章):第一部分是磁電材料和近場微波顯微術(shù)的文獻綜述,其后三個部分是基于近場微波顯微鏡的應(yīng)用拓展,包括第二部分對薄膜介電常數(shù)的定量表征,第三部分對非線性介電常數(shù)的定量表征,以及在第二部分和第三部分基礎(chǔ)上發(fā)展起來的對磁電系數(shù)的定量表征。
　　第一章介紹了相關(guān)的背景知識。磁電材料是近期材料科學(xué)的研究熱點。
　　本章介紹了磁電材料的研究歷史、分類及當前的研究現(xiàn)狀。其后,詳細介紹了本文磁電測量的技術(shù)手段:近場微波顯

2、微術(shù)的發(fā)展歷史、儀器結(jié)構(gòu)和基本原理,并舉例說明了近場微波顯微鏡的應(yīng)用。最后,說明了本論文的研究內(nèi)容及意義。
　　第二章是近場微波顯微術(shù)對薄膜介電常數(shù)的定量表征。針對近場微波顯微鏡針尖與體材料之間的相互作用,首先采用有限元的數(shù)值方法建模分析。由于模型的復(fù)雜性,占用了大量的計算時間和計算機資源。進一步的分析證明,有限元方法難以模擬近場情況下幅度變化極快的電磁場,其計算結(jié)果有嚴重的誤差。其后,在體材料的定量理論:像電荷法的基礎(chǔ)上,詳細分

3、析了針尖-薄膜-襯底三者間電荷的鏡像過程,提出了多重像電荷法的概念,并將其用于薄膜的定量表征。
　　針對鏡像過程中產(chǎn)牛的大量像電荷,開發(fā)了一種快速算法,在保證計算精度的基礎(chǔ)上極大地提高了計算速度。冉后,對幾種常用的襯底體系進行了計算,獲得了像電荷總量(該電荷量正比于近場微波顯微鏡的顯微信號)隨薄膜厚度、薄膜介電常數(shù)的變化情況,提出了像電荷總量隨膜厚變化的擬合公式,并對其中的擬合系數(shù)進行了討論,為解析公式的提出奠定了基礎(chǔ)。
　

4、　第三章是近場微波顯微術(shù)對非線性介電常數(shù)的定量表征。通過在針尖-樣品底電極間外加調(diào)制電壓,配合鎖相放大器探測有效介電常數(shù)的微小變化,可以測量材料的非線性介電常數(shù)。然而,由于樣品內(nèi)電場分布的復(fù)雜性,給結(jié)果的定量化帶來了困難。在前人半定量工作的基礎(chǔ)上,采用數(shù)值方法,計算獲得了關(guān)鍵的校準系數(shù),從而將結(jié)果定量化。針對薄膜內(nèi)尤其復(fù)雜的電場分布,開發(fā)了一套快速算法用于薄膜內(nèi)電場的數(shù)值計算,解決了薄膜非線性介電常數(shù)定量表征的困難。其后,對LiNbO3