Kelvin probe force microscopy in liquid using electrochemical force microscopy

Beilstein Journal of Nanotechnology

Volumn 6, Issue 1, 2015, Pages 201-214

  Collins, Liam ^a   Jesse, Stephen ^b   Kilpatrick, Jason I ^a   Tselev, Alexander ^b   Okatan, M Baris ^b   Kalinin, Sergei V ^b   Rodriguez, Brian J ^a  

^a UNIVERSITY COLLEGE DUBLIN   (Ireland)

^b OAK RIDGE NATIONAL LABORATORY   (United States)

Author keywords

Diffuse charge dynamics; Double layer charging; Electrochemical force microscopy; Electrochemistry; Kelvin probe force microscopy

Indexed keywords

DIELECTRIC LIQUIDS; ELECTROCHEMISTRY; ELECTROSTATICS; GRAPHITE ELECTRODES; INTERFACES (MATERIALS); LIQUIDS; MAPPING; PROBES; SPECTROSCOPIC ANALYSIS;

CHARGE DYNAMICS; CONTACT POTENTIAL DIFFERENCE; DOUBLE LAYER CHARGING; ELECTROCHEMICAL MATERIALS; ELECTROCHEMICAL MEASUREMENTS; FORCE MICROSCOPY; HIGHLY ORDERED PYROLYTIC GRAPHITE ELECTRODES; KELVIN PROBE FORCE MICROSCOPY;

PHASE INTERFACES;

EID: 84923102484     PISSN: None     EISSN: 21904286     Source Type: Journal    
DOI: 10.3762/bjnano.6.19     Document Type: Article

References (61)

1. Somorjai, G. A.; Li, Y. Introduction to Surface Chemistry and Catalysis; John Wiley & Sons, 2010.
2. Adamson, A. W.; Gast, A. P. Physical Chemistry of Surfaces, 6th ed.; Wiley & Sons: New York, 1967.
3. Zaera, F. Chem. Rev. 2012, 112, 2920-2986. doi:10.1021/cr2002068
4. Bazant, M. Z.; Kilic, M. S.; Storey, B. D.; Ajdari, A. Adv. Colloid Interface Sci. 2009, 152, 48-88. doi:10.1016/j.cis.2009.10.001
5. van Soestbergen, M.; Biesheuvel, P. M.; Bazant, M. Z. Phys. Rev. E 2010, 81, 021503. doi:10.1103/PhysRevE.81.021503
6. Kilic, M. S.; Bazant, M. Z.; Ajdari, A. Phys. Rev. E 2007, 75, 021502. doi:10.1103/PhysRevE.75.021502
7. Kilic, M. S.; Bazant, M. Z.; Ajdari, A. Phys. Rev. E 2007, 75, 021503. doi:10.1103/PhysRevE.75.021503
8. Storey, B. D.; Edwards, L. R.; Kilic, M. S.; Bazant, M. Z. Phys. Rev. E 2008, 77, 036317. doi:10.1103/PhysRevE.77.036317
9. Bazant, M. Z.; Kilic, M. S.; Storey, B. D.; Ajdari, A. New J. Phys. 2009, 11, 075016. doi:10.1088/1367-2630/11/7/075016
10. Biesheuvel, P. M.; Fu, Y.; Bazant, M. Z. Phys. Rev. E 2011, 83, 061507. doi:10.1103/PhysRevE.83.061507
11. Bard, A. J.; Mirkin, M. V. Scanning Electrochemical Microscopy, 2nd ed.; CRC Press: Florida, 2012. doi:10.1201/b11850
12. Balke, N.; Bonnell, D.; Ginger, D. S.; Kemerink, M. MRS Bull. 2012, 37, 633-637. doi:10.1557/mrs.2012.141
13. Black, J.; Strelcov, E.; Balke, N.; Kalinin, S. V. Electrochem. Soc. Interface 2014, 23, 53-59.
14. Strelcov, E.; Kim, Y.; Jesse, S.; Cao, Y.; Ivanov, I. N.; Kravchenko, I. I.; Wang, C.-H.; Teng, Y.-C.; Chen, L.-Q.; Chu, Y. H.; Kalinin, S. V. Nano Lett. 2013, 13, 3455-3462. doi:10.1021/nl400780d
15. Balke, N.; Jesse, S.; Morozovska, A.; Eliseev, E.; Chung, D. W.; Kim, Y.; Adamczyk, L.; Garcia, R. E.; Dudney, N.; Kalinin, S. V. Nat. Nanotechnol. 2010, 5, 749-754. doi:10.1038/nnano.2010.174
16. Martin, Y.; Abraham, D. W.; Wickramasinghe, H. K. Appl. Phys. Lett. 1988, 52, 1103-1105. doi:10.1063/1.99224
17. Terris, B. D.; Stern, J. E.; Rugar, D.; Mamin, H. J. Phys. Rev. Lett. 1989, 63, 2669. doi:10.1103/PhysRevLett.63.2669
18. Kalinin, S. V.; Bonnell, D. A. Phys. Rev. B 2002, 65, 125408. doi:10.1103/PhysRevB.65.125408
19. Kumar, A.; Ciucci, F.; Morozovska, A. N.; Kalinin, S. V.; Jesse, S. Nat. Chem. 2011, 3, 707-713. doi:10.1038/nchem.1112
20. Nonnenmacher, M.; O'Boyle, M. P.; Wickramasinghe, H. K. Appl. Phys. Lett. 1991, 58, 2921-2923. doi:10.1063/1.105227
21. Weber, S. A. L.; Butt, H. J.; Berger, R. Electrical Characterization of Solar Cell Materials Using Scanning Probe Microscopy. Scanning Probe Microscopy in Nanoscience and Nanotechnology 3; Springer: Berlin, 2013; pp 551-573.
22. Liscio, A.; De Luca, G.; Nolde, F.; Palermo, V.; Müllen, K.; Samorì, P. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 780-781. doi:10.1021/ja075291r
23. Loppacher, C.; Zerweck, U.; Teich, S.; Beyreuther, E.; Otto, T.; Grafström, S.; Eng, L. M. Nanotechnology 2005, 16, S1-S6. doi:10.1088/0957-4484/16/3/001
24. Collins, L.; Kilpatrick, J. I.; Bhaskaran, M.; Sriram, S.; Weber, S.; Jarvis, S.; Rodriguez, B. Dual Harmonic Kelvin Probe Force Microscopy for Surface Potential Measurements of Ferroelectrics. In Applications of Ferroelectrics held jointly with 2012 European Conference on the Applications of Polar Dielectrics and 2012 International Symp Piezoresponse Force Microscopy and Nanoscale Phenomena in Polar Materials (ISAF/ECAPD/PFM), 2012 Intl Symp; IEEE, 2012; pp 1-4.
25. Kalinin, S. V.; Bonnell, D. A. Phys. Rev. B 2001, 63, 125411. doi:10.1103/PhysRevB.63.125411
26. Kalinin, S. V.; Bonnell, D. A. J. Appl. Phys. 2000, 87, 3950. doi:10.1063/1.372440
27. Lubarsky, G.; Shikler, R.; Ashkenasy, N.; Rosenwaks, Y. J. Vac. Sci. Technol., B 2002, 20, 1914-1917. doi:10.1116/1.1502701
28. Bocquet, F.; Nony, L.; Loppacher, C.; Glatzel, T. Phys. Rev. B 2008, 78, 035410. doi:10.1103/PhysRevB.78.035410
29. Egberts, P.; Filleter, T.; Bennewitz, R. Nanotechnology 2009, 20, 264005. doi:10.1088/0957-4484/20/26/264005
30. Enevoldsen, G. H.; Glatzel, T.; Christensen, M. C.; Lauritsen, J. V.; Besenbacher, F. Phys. Rev. Lett. 2008, 100, 236104. doi:10.1103/PhysRevLett.100.236104
31. Okamoto, K.; Yoshimoto, K.; Sugawara, Y.; Morita, S. Appl. Surf. Sci. 2003, 210, 128-133. doi:10.1016/S0169-4332(02)01492-7
32. Mohn, F.; Gross, L.; Moll, N.; Meyer, G. Nat. Nanotechnol. 2012, 7, 227-231. doi:10.1038/nnano.2012.20
33. Polak, L.; de Man, S.; Wijngaarden, R. J. Rev. Sci. Instrum. 2014, 85, 046111. doi:10.1063/1.4873331
34. Collins, L.; Kilpatrick, J. I.; Weber, S. A.; Tselev, A.; Vlassiouk, I.; Ivanov, I.; Jesse, S.; Kalinin, S.; Rodriguez, B. Nanotechnology 2013, 24, 475702. doi:10.1088/0957-4484/24/47/475702
35. Barbet, S.; Popoff, M.; Diesinger, H.; Deresmes, D.; Théron, D.; Mélin, T. J. Appl. Phys. 2014, 115, 144313. doi:10.1063/1.4870710
36. Sugimura, H.; Ishida, Y.; Hayashi, K.; Takai, O.; Nakagiri, N. Appl. Phys. Lett. 2002, 80, 1459-1462. doi:10.1063/1.1455145
37. Bazant, M. Z.; Thornton, K.; Ajdari, A. Phys. Rev. E 2004, 70, 021506. doi:10.1103/PhysRevE.70.021506
38. Collins, L.; Jesse, S.; Kilpatrick, J. I.; Tselev, A.; Varenyk, O.; Okatan, M. B.; Weber, S. A. L.; Kumar, A.; Balke, N.; Kalinin, S. V. Nat. Commun. 2014, 5, 3871. doi:10.1038/ncomms4871
39. Domanski, A. L.; Sengupta, E.; Bley, K.; Untch, M. B.; Weber, S. A. L.; Landfester, K.; Weiss, C. K.; Butt, H.-J.; Berger, R. Langmuir 2012, 28, 13892. doi:10.1021/la302451h
40. Kobayashi, N.; Asakawa, H.; Fukuma, T. J. Appl. Phys. 2011, 110, 044315. doi:10.1063/1.3625230
41. Kobayashi, N.; Asakawa, H.; Fukuma, T. Rev. Sci. Instrum. 2012, 83, 033709. doi:10.1063/1.3698207
42. Kobayashi, N.; Asakawa, H.; Fukuma, T. Rev. Sci. Instrum. 2010, 81, 123705. doi:10.1063/1.3514148
43. Collins, L.; Kilpatrick, J. I.; Vlassiouk, I. V.; Tselev, A.; Weber, S. A.; Jesse, S.; Kalinin, S. V.; Rodriguez, B. J. Appl. Phys. Lett. 2014, 104, 133103. doi:10.1063/1.4870074
44. Guo, S.; Kalinin, S. V.; Jesse, S. Nanotechnology 2012, 23, 125704. doi:10.1088/0957-4484/23/12/125704
45. Takeuchi, O.; Ohrai, Y.; Yoshida, S.; Shigekawa, H. Jpn. J. Appl. Phys., Part 1 2007, 46, 5626. doi:10.1143/JJAP.46.5626
46. Cherniavskaya, O.; Chen, L.; Weng, V.; Yuditsky, L.; Brus, L. E. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 1525-1531. doi:10.1021/jp0265438
47. Fumagalli, L.; Esteban-Ferrer, D.; Cuervo, A.; Carrascosa, J. L.; Gomila, G. Nat. Mater. 2012, 11, 808-816. doi:10.1038/nmat3369
48. Fumagalli, L.; Gramse, G.; Esteban-Ferrer, D.; Edwards, M.; Gomila, G. Appl. Phys. Lett. 2010, 96, 183107. doi:10.1063/1.3427362
49. Gramse, G.; Edwards, M. A.; Fumagalli, L.; Gomila, G. Appl. Phys. Lett. 2012, 101, 213108. doi:10.1063/1.4768164
50. Gramse, G.; Edwards, M.; Fumagalli, L.; Gomila, G. Nanotechnology 2013, 24, 415709. doi:10.1088/0957-4484/24/41/415709
51. Pashley, R. M.; Rzechowicz, M.; Pashley, L. R.; Francis, M. J. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 1231-1238. doi:10.1021/jp045975a
52. Kim, Y.; Kumar, A.; Ovchinnikov, O.; Jesse, S.; Han, H.; Pantel, D.; Vrejoiu, I.; Lee, W.; Hesse, D.; Alexe, M.; Kalinin, S. V. ACS Nano 2011, 6, 491-500. doi:10.1021/nn203831h
53. Arruda, T. M.; Kumar, A.; Kalinin, S. V.; Jesse, S. Nano Lett. 2011, 11, 4161-4167. doi:10.1021/nl202039v
54. Raiteri, R.; Butt, H.-J. J. Phys. Chem. 1995, 99, 15728-15732. doi:10.1021/j100043a008
55. Umeda, K.; Kobayashi, K.; Oyabu, N.; Hirata, Y.; Matsushige, K.; Yamada, H. J. Appl. Phys. 2014, 116, 134307. doi:10.1063/1.4896881
56. Nicholson, R. S. Anal. Chem. 1965, 37, 1351-1355. doi:10.1021/ac60230a016
57. Bard, A. J.; Faulkner, L. R. Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications; Wiley: New York, 1980; Vol. 2.
58. Butt, H.-J. Biophys. J. 1991, 60, 777-785. doi:10.1016/S0006-3495(91)82112-9
59. Sounart, T. L.; Michalske, T. A.; Zavadil, K. R. J. Micromech. Microeng. 2005, 14, 125-133. doi:10.1109/JMEMS.2004.839006
60. Jolliffe, I. Principal component analysis; John Wiley & Sons, Ltd, 2005.
61. Strelcov, E.; Belianinov, A.; Hsieh, Y.-H.; Jesse, S.; Baddorf, A. P.; Chu, Y.-H.; Kalinin, S. V. ACS Nano 2014, 8, 6449-6457. doi:10.1021/nn502029b