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Delineating complex ferroelectric domain structures via second harmonic generation spectral imaging

Journal of Materiomics 2023年第2期9卷 395-402页

作者： Wei Li Yunpeng Ma Tianyi Feng Ziwan Du Yixuan Liu Sergei VKalinin Jing-Feng Li Qian Li State Key Laboratory of New Ceramics and Fine Processing School of Materials Science and EngineeringTsinghua UniversityBeijing100084China Department of Materials Science and Engineering University of Tennessee KnoxvilleKnoxvilleTN37996USA

Understanding the mechanisms and spatial correlations of crystallographic symmetry breaking in ferroelectric materials is essential to tuning their functional properties.While optical second harmonic generation(SHG)has long been utilized in ferroelectric studies,its capability for probing complex polar materials has yet to be fully realized.Here,we develop a SHG spectral imaging method implemented on a home-designed laser-scanning SHG microscope,and demonstrate its application for a model system of(K,Na)NbO3 single crystals.Supervised model fitting analysis produces comprehensive information about the polarization vector orientations and relative fractions of constituent domain variants as well as their thermal evolution across the polymorphic phase transitions.Multiple domains and phases are clearly delineated at different temperatures,suggesting the phase competitions in(K,Na)NbO3.Besides,we show that unsupervised matrix decomposition analysis can quickly and faithfully reveal domain configurations without a priori knowledge about specific material systems.The SHG spectral imaging method can be readily extended to other ferroelectric materials with potentials to be further enhanced.

关键词： Second harmonic generation Ferroelectrics Domain structure bayes linear unmixing

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