Probing ferroelectric switching via spatially averaged hysteresis loops in rough thin films

C Chenyue Hu X Xavier Henning (Université de Strasbourg, CNRS, Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (UMR 7504) 1 , 23 rue du Loess, BP 43, F-67034 Strasbourg Cedex 2,) L Laurent Schlur (Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (UMR 7504), Université de Strasbourg, CNRS 1 , 23 rue du Loess, BP 43, F-67034 Strasbourg Cedex 2,) G Gilles Versini (Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (UMR 7504), Université de Strasbourg, CNRS 1 , 23 rue du Loess, BP 43, F-67034 Strasbourg Cedex 2,) T Thomas Fix (Laboratoire des Sciences de l'Ingénieur, de l'Informatique et de l'Imagerie (UMR 7357), Université de Strasbourg, CNRS 2 , 23 rue du Loess, BP 20, F-67037 Strasbourg Cedex 2,) A Aziz Dinia (Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (UMR 7504), Université de Strasbourg, CNRS 1 , 23 rue du Loess, BP 43, F-67034 Strasbourg Cedex 2,) M Mircea V. Rastei (Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (UMR 7504), Université de Strasbourg, CNRS 1 , 23 rue du Loess, BP 43, F-67034 Strasbourg Cedex 2,) S Silviu Colis (Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (UMR 7504), Université de Strasbourg, CNRS 1 , 23 rue du Loess, BP 43, F-67034 Strasbourg Cedex 2,)

Abstract

Accurate characterization of polarization switching in ferroelectric thin films is critical for their effective integration into functional devices. Among the key parameters used to evaluate the polarization switching behavior, the bias switching voltages and the imprint can easily be obtained from ferroelectric polarization-driven hysteresis loops obtained by piezoresponse force microscopy (PFM). Although local "point & shoot" PFM measurements can provide reliable results on atomically flat films, their application to rough surfaces requires extensive data collection over numerous points, making the process tedious and time consuming. In order to obtain faster results and reduce artifacts, we propose here a rapid and effective method based on readily averaged hysteresis loop measurements. In particular, we demonstrate in the case of rough Bi2FeCrO6 ferroelectric films a spatially averaged off-field hysteresis loop acquisition method that mitigates morphology-induced inhomogeneities and electrostatic field effects. This methodology enables the accurate extraction of ferroelectric switching parameters regardless of the film roughness, offering a robust and efficient alternative for characterizing a wide range of ferroelectric thin films.

Article Details

Volume / Issue Vol. 127, Issue 18
Published November 03, 2025
ISSN 0003-6951
Publisher American Institute of Physics

Journal Info

Applied Physics Letters

American Institute of Physics

ISSN: 0003-6951 Physical Sciences

Authors (8)

C

Chenyue Hu

X

Xavier Henning

Université de Strasbourg, CNRS, Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (UMR 7504) 1 , 23 rue du Loess, BP 43, F-67034 Strasbourg Cedex 2,

L

Laurent Schlur

Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (UMR 7504), Université de Strasbourg, CNRS 1 , 23 rue du Loess, BP 43, F-67034 Strasbourg Cedex 2,

G

Gilles Versini

Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (UMR 7504), Université de Strasbourg, CNRS 1 , 23 rue du Loess, BP 43, F-67034 Strasbourg Cedex 2,

T

Thomas Fix

Laboratoire des Sciences de l'Ingénieur, de l'Informatique et de l'Imagerie (UMR 7357), Université de Strasbourg, CNRS 2 , 23 rue du Loess, BP 20, F-67037 Strasbourg Cedex 2,

A

Aziz Dinia

Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (UMR 7504), Université de Strasbourg, CNRS 1 , 23 rue du Loess, BP 43, F-67034 Strasbourg Cedex 2,

M

Mircea V. Rastei

Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (UMR 7504), Université de Strasbourg, CNRS 1 , 23 rue du Loess, BP 43, F-67034 Strasbourg Cedex 2,

S

Silviu Colis

Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (UMR 7504), Université de Strasbourg, CNRS 1 , 23 rue du Loess, BP 43, F-67034 Strasbourg Cedex 2,