Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов
Основан в 2009 году

Особенности динамического пироэлектрического отклика и локальная доменная структура в кристаллах PZN-PT

И.Л. Кислова1, Д.А. Киселев2, А.Л. Холкин3,4, А.В. Солнышкин1, О.А. Мухин1, Г.Г. Колков1

1 ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
2 ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»
3 Институт материаловедения Авейру
4 Институт физики твердого тела, Латвийский университет

DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.171

Оригинальная статья

Аннотация: В работе проведено исследование распределения поляризации по объему кристаллов (1-x)Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3 направлений [001] и [111] методом динамического пироэлектрического отклика. Установлено, что величина пироэлектрического коэффициента у образцов обоих направлений одинакова. Доменная структура исследуемых кристаллов визуализирована методом силовой микроскопии пьезоэлектрического отклика. Показано, что на поверхности у исходных монокристаллов указанных направлений существует мелкоразмерная от 50 до 500 нм лабиринтоподобная доменная структура, свойственная сегнетоэлектрикам-релаксорам. На глубине 50 мкм от поверхности кристаллов наблюдается более крупная доменная структура с характерным размером доменов микронного масштаба. Для определения средней толщины слоя с неоднородным распределением поляризации была использована теоретическая модель, которая аналитически описывает возможности динамического пироэлектрического метода для исследования приповерхностного слоя сегнетоэлектрических материалов. Проведенные теоретические расчеты показали, что данный метод позволяет получать точные данные о толщине слоя и его состоянии поляризации. Экспериментально установлено, что в монокристалле 0,955Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0,045PbTiO3 направления [001] вторичный пироэлектрический эффект вносит вклад в общий пироэлектрический отклик гораздо больше, чем для направления [111] из-за большой величины пьезоэлектрического коэффициента.

Ключевые слова: релаксоры, пироэлектрический эффект, поляризация, силовая микроскопия пьезоотклика, доменная структура

  • Кислова Инна Леонидовна – к.ф.-м.н., доцент кафедры физики конденсированного состояния, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Киселев Дмитрий Александрович – к.ф.-м.н., заведующий лабораторией физики оксидных сегнетоэлектриков кафедры материаловедения полупроводников и диэлектриков, ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»
  • Холкин Андрей Леонидович – к.ф.-м.н., научный сотрудник, департамент физики, Институт материаловедения Авейру, научный сотрудник Институт физики твердого тела, Латвийский университет
  • Солнышкин Александр Валентинович – д.ф.-м.н., профессор кафедры физики конденсированного состояния, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Мухин Олег Алексеевич – студент физико-технического факультета, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Колков Георгий Геннадьевич – студент физико-технического факультета, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»

Ссылка на статью:

Кислова, И.Л. Особенности динамического пироэлектрического отклика и локальная доменная структура в кристаллах PZN-PT / И.Л. Кислова, Д.А. Киселев, А.Л. Холкин, А.В. Солнышкин, О.А. Мухин, Г.Г. Колков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2024. — Вып. 16. — С. 171-182. DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.171.

Полный текст: загрузить PDF файл

Библиографический список:

1. Iwata, M. Temperature dependence of the aging effect of permittivity in Pb(Zn1/3Nb2/3)O3–PbTiO3 and BaTiO3 single crystals / M. Iwata, K. Saitoh, R. Kotani et al. // Japanese Journal of Applied Physics. – 2023. – V. 62. – №SM. – P. SM1001-1-SM1001-6. DOI: 10.35848/1347-4065/acdf69.
2. Kholkin, A.L. Review of ferroelectric domain imaging by piezoresponse force microscopy / A.L. Kholkin, S.V. Kalinin, A. Roelofs et al. // Scanning Probe Microscopy. – 2007. – V. 1. – I. 1. – P. 173-214. DOI: 10.1007/978-0-387-28668-6_7.
3. Rajan, K.K. Dielectric and piezoelectric properties of [001] and [011]-poled relaxor ferroelectric PZN–PT and PMN–PT single crystals / K.K. Rajan, M. Shanthi, W.S. Chang et al. // Sensors and Actuators A: Physical. – 2007. – V. 133. – I. 1. – P. 110-116. DOI: 10.1016/j.sna.2006.03.036.
4. Wang, H. Humidity effects on domain structure and polarization switching of Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-x%PbTiO3 (PZN-x%PT) single crystals / H. Wang, K. Zeng // Materials. – 2021. – V. 14. – I. 9. – Art. № 2447. – 8 p. DOI: 10.3390/ma14092447.
5. Chen, Y. Pb(Er1/2Nb1/2)O3–Pb(Zn1/3Nb2/3)O3–PbTiO3 single crystals with high curie temperature / Y. Chen, Z. Xi, F. Guo et al. // Crystals. – 2020. – V. 10. – I. 1. – Art. № 22. – 8 p. DOI: 10.3390/cryst10010022.
6. Wang, R.X. Evolution of polar nano-regions under electric field around ferroparaelectric transition temperature and its contribution to piezoelectric property in Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.30PbTiO3 crystal / R.X. Wang, J. Zhang, L.M. Zheng et al. // Ceramics International. – 2018. – V. 44. – I. 15. – P. 18084-18089. DOI: 10.1016/j.ceramint.2018.07.012.
7. Lim, L.C. Characterization of flux-grown PZN-PT single crystals for high-performance piezo devices / L.C. Lim, K.K. Rajan, J. Jin // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. – 2008. – V. 54. – I. 12. – P. 2474-2478. DOI: 10.1109/TUFFC.2007.562.
8. Srimathy, B. Effect of donor dopants on the properties of flux grown PZN‑PT single crystals / B. Srimathy, J. Kumar // Applied Physics A: Materials Science and Processing. – 2021. – V. 127. – I. 1. – Art. № 447. – 7 p. DOI: 10.1007/s00339-021-04609-3.
9. Zhang, Y. Electric field and frequency dependent scaling behavior of dynamic hysteresis in relaxor-based ferroelectric 0.71Pb(Mg1/3Nb2/3)O3–0.29PbTiO3 single crystal / Y. Zhang, B. Long, Y. Wen et al. // Journal of Alloys and Compounds. – 2019. – V. 775. – I. 1. – P. 435-440. DOI: 10.1016/j.jallcom.2018.10.123.
10. Yin, J. Observation and analysis of domain configurations in domain engineered PZN-PT single crystals / J. Yin, W. Cao // Ferroelectrics. – 2001. – V. 251. – I. 1. – P. 93-100. DOI: 10.1080/00150190108008505.
11. Wang, H. Characterization of domain structure and imprint of Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-4.5%PbTiO3 (PZN-4.5%PT) single crystals by using PFM and SS-PFM techniques / H. Wang, K. Zeng // Ceramics International. – 2020. – V. 46. – I. 4. – P. 4274-4279. DOI: 10.1016/j.ceramint.2019.10.148
12. Li, H. Enhanced piezoelectricity of Sm-doped Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 single crystals by regulating local disorder polarization / H. Li, W. Liao, B. Sun et al. // SSRN Electronic Journal. – 2022. – 22 p. DOI: 10.2139/ssrn.4132120.
13. Богомолов, А.А. Пироэлектрический эффект в сегнетоэлектриках: учебное пособие / А.А. Богомолов. – Тверь: Тверской государственный университет, 2004. – 107 с.
14. Солнышкин, А.В. Пироэлектрический и фотовольтаический эффекты в неоднородных сегнетоэлектрических структурах: дис. … доктора физ.-мат. наук: 01.04.07: защищена 16.03.2012: утв. 11.12.2012 / Солнышкин Александр Валентинович. – Тверь: Тверской государственный университет, 2012. – 338 с.

⇐ Предыдущая статья | Содержание | Следующая статья ⇒