물리학과 첨단기술 DECEMBER 2016 11 저자약력 양상모 교수는 2012년 서울대학교 물리학부에서 고체물리실험으로 이학박 사 학위를 받았다. 이후 서울대학교 IBS 강상관계물질연구단, 미국 오크리 지 국립연구소(Oak Ridge National Laboratory)에서 박사후 연구원을 거쳐, 2016년부터 숙명여자대학교 나노물리학과 교수로 재직하고 있다. 주 사 탐침 현미경을 이용하여 강유전체 및 에너지관련 물질에서 일어나는 나 노 스케일 물리 현상에 관한 연구를 진행하고 있다. ([email protected]) 압전감응 힘 현미경의 발전: 단일 주파수에서 밴드 엑시테이션, G-모드까지 DOI: 10.3938/PhiT.25.062 양 상 모 REFERENCES [1] F. Dyson, “There are two kinds of scientific revolutions, those driven by new concepts and those driven by new tools.” in The Future of Evolution, http://www.metanexus.net/magazine/ tabid/68/id/9361/Default.aspx. [2] G. Binnig, H. Rohrer, Ch. Gerber and E. Weibel, Phys. Rev. Lett. 49, 57 (1982). Progress on Piezoresponse Force Microscopy: From Single-frequency to Band-excitation and General-mode Sang Mo YANG Since its development about two decades ago, piezoresponse force microscopy (PFM) has emerged as a powerful tool for investigating the electromechanical responses of various ma- terials on a nanoscale. Especially, conventional single-fre- quency PFM enables us to visualize the structures of nano- scale ferroelectric domains and their switching dynamics un- der application of an external electric field, leading to numer- ous breakthrough in our understanding of ferroelectrics. However, the single-frequency PFM has an intrinsic limitation in the selection of its operating frequency for measurements. If the contact resonance frequency is used as the operating frequency, natural amplification of the PFM signals can be obtained, giving rise to high a signal-to-noise ratio. However, the contact resonance frequency is sensitive to the elastic property of the tip-surface junction; thus, severe topographic cross-talk cannot be avoided in the single-frequency PFM. The band-excitation method was developed by Oak Ridge National Laboratory (ORNL) to overcome these problems. In this article, I will introduce the band-excitation PFM method. I will also introduce general-mode (G-mode) PFM, which was recently developed by ORNL and will allow deeper investigations of the properties of materials on a nanoscale using the analyses of big data. 서 론 과학의 역사에 있어서 획기적인 변혁을 과학혁명(scientific revolution)이라고 부른다. 저명한 물리학자이자 수학자인 Freeman Dyson의 말을 빌리면, ‘과학혁명에는 두 가지 종류 가 있다. 하나는 새로운 개념에 의한 것이고, 다른 하나는 새 로운 도구에 의한 것이다.’ [1] 주사 탐침 현미경(scanning probe microscopy, SPM)의 개발에 따른 나노 과학기술의 눈 부신 발전은 후자, 즉 새로운 도구에 의한 과학혁명의 좋은 예 이다. SPM이란 나노 크기의 탐침(tip)이 달린 캔틸레버(cantilever) 가 시료 표면을 스캔할 때 탐침과 시료 사이에 작용하는 원자 력, 터널링 전류, 정전기력 등을 측정하는 표면 분석 장치를 통 칭하는 말이다. 최초의 SPM인 주사 터널링 현미경(scanning tunneling microscopy, STM)이 개발 [2] 된 지도 어느덧 30여 년 이 흘렀다. 그동안 수많은 SPM 모드들이 개발되었고, 이제 SPM은 나노 스케일에서 일어나는 물리 현상을 연구하는 데 없 어서는 안 될 핵심장비로 자리매김하였다. 본 글에서는 압전 감응 힘 현미경(piezoresponse force mi- croscopy, PFM)이라는 SPM 기술의 발전과정에 대해서 다루고 자 한다. 최근 탐침에 전압을 가했을 때 물질 표면의 높낮이 변화, 즉 전기역학적 변위(electromechanical displacement)를 측정하는 SPM 모드들이 많이 개발되어 큰 주목을 받고 있다. 압전성(piezoelectricity)은 전기역학적 변위 현상의 대표적인 예로, PFM의 기본원리이다. 오늘날 고체물리 분야에서 활발하
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압전감응 힘 현미경의 발전: 단일 주파수에서 밴드 엑시테이션, G …webzine.kps.or.kr/contents/data/webzine/webzine/14877496711.pdf · 틸레버 전달 함수(cantilever
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