Origin of Ferroelastic domains in Free-Standing Single Crystal Ferroelectric Films

The origin of the unusual 90 degrees ferroelectric/ferroelastic domains, consistently observed in recent studies on mesoscale and nanoscale free-standing single crystals of BaTiO3 [Schilling , Phys. Rev. B 74, 024115 (2006); Schilling , Nano Lett. 7, 3787 (2007)], has been considered. A model has been developed which postulates that the domains form as a response to elastic stress induced by a surface layer which does not undergo the paraelectric-ferroelectric cubic-tetragonal phase transition. This model was found to accurately account for the changes in domain periodicity as a function of size that had been observed experimentally. The physical origin of the surface layer might readily be associated with patterning damage, seen in experiment; however, when all evidence of physical damage is removed from the BaTiO3 surfaces by thermal annealing, the domain configuration remains practically unchanged. This suggests a more intrinsic origin, such as the increased importance of surface tension at small dimensions. The effect of surface tension is also shown to be proportional to the difference in hardness between the surface and the interior of the ferroelectric. The present model for surface-tension induced twinning should also be relevant for finely grained or core-shell structured ceramics.

Piezoresponse force microscopy of ferroelectric relaxors

Nesta tese, ferroeléctricos relaxor (I dont know uf the order is correct) de base Pb das familias (Pb,La)(Zr,Ti)O3 (PLZT), Pb(Mg1/3,Nb2/3)O3-PbTiO3 (PMN-PT), Pb(Zn1/3,Nb2/3)O3-PbTiO3 (PZN-PT) foram investigados e analisados. As propriedades ferroeléctricas e dieléctricas das amostras foram estudadas por métodos convencionais de macro e localmente por microscopia de força piezoeléctrica (PFM). Nos cerâmicos PLZT 9.75/65/35 o contraste da PFM à escala nanometrica _ foi investigado em função do tamanho e orientação dos grãos. Apurou-se que a intensidade do sinal piezoeléctrico das nanoestruturas diminui com o aumento da temperatura e desaparece a 490 K (La mol. 8%) e 420 K (9,5%). Os ciclos de histerese locais foram obtidos em função da temperatura. A evolução dos parâmetros macroscópicos e locais com a temperatura de superfície sugere um forte efeito de superfície nas transições de fase ferroeléctricas do material investigado. A rugosidade da parede de domínio é determinada por PFM para a estrutura de domínio natural existente neste ferroeléctrico policristalino. Além disso, os domínios ferroeléctricos artificiais foram criados pela aplicação de pulsos eléctricos à ponta do condutor PFM e o tamanho de domínio in-plane foi medido em função da duração do pulso. Todas estas experiências levaram à conclusão de que a parede de domínio em relaxors do tipo PZT é quase uma interface unidimensional. O mecanismo de contraste na superfície de relaxors do tipo PLZT é medido por PFMAs estruturas de domínio versus evolução da profundidade foram estudadas em cristais PZN-4,5%PT, com diferentes orientações através da PFM. Padrões de domínio irregulares com tamanhos típicos de 20-100 nm foram observados nas superfícies com orientação <001> das amostras unpoled?. Pelo contrário, os cortes de cristal <111> exibem domínios regulares de tamanho mícron normal, com os limites do domínio orientados ao longo dos planos cristalográficos permitidos. A existência de nanodomínios em cristais com orientação <001> está provisoriamente (wrong Word) atribuída à natureza relaxor de PZN-PT, onde pequenos grupos polares podem formar-se em coindições de zero-field-cooling (ZFC). Estes nanodomínios são considerados como os núcleos do estado de polarização oposta e podem ser responsáveis pelo menor campo coercitivo para este corte de cristal em particular. No entanto, a histerese local piezoelétrica realizada pelo PFM à escala nanométrica indica uma mudança de comportamento de PZN-PT semelhante para ambas as orientações cristalográficas investigadas. A evolução das estruturas de domínio com polimento abaixo da superfície do cristal foi investigada. O domínio de ramificações e os efeitos de polarização de triagem após o polimento e as medições de temperatura têm sido estudados pela PFM e pela análise SEM. Além disso, verificou-se que a intensidade do sinal piezoeléctrico a partir das estruturas de nanodomínio diminui com o aumento da temperatura, acabando por desaparecer aos 430 K (orientaçáo <111>) e 470 K (orientação <100>). Esta diferença de temperatura nas transições de fase local em cristais de diferentes orientações é explicada pelo forte efeito de superfície na transição da fase ferroelétrica em relaxors.A comutação da polarização em relaxor ergódico e nas fases ferroeléctricas do sistema PMN-PT foram realizadas pela combinação de três métodos, Microscopia de Força Piezoeléctrica, medição de um único ponto de relaxamento eletromecânico e por ultimo mapeamento de espectroscopia de tensão. A dependência do comportamento do relaxamento na amplitude e tempo da tensão de pulso foi encontrada para seguir um comportamento logarítmico universal com uma inclinação quase constante. Este comportamento é indicativo da progressiva população dos estados de relaxamento lento, ao contrário de uma relaxação linear na presença de uma ampla distribuição do tempo de relaxamento. O papel do comportamento de relaxamento, da não-linearidade ferroeléctrica e da heterogeneidade espacial do campo na ponta da sonda de AFM sobre o comportamento do ciclo de histerese é analisada em detalhe. Os ciclos de histerese para ergódica PMN- 10%PT são mostrados como cineticamente limitados, enquanto que no PMN, com maior teor de PT, são observados verdadeiros ciclos de histerese ferroeléctrica com viés de baixa nucleação.

Microstructural, structural and dielectric properties of Er(3+)-modified BaTi(0.85)Zr(0.15)O(3) ceramics

The (micro)structural and electrical properties of undoped and Er(3+)-doped BaTi(0.85)Zr(0.15)O(3) ceramics were studied in this work for both nominal Ba(2+) and Ti(4+) substitution formulations. The ceramics were produced from solid-state reaction and sintered at 1400 degrees C for 3 h. For those materials prepared following the donor-type nominal Ba(1-x)Er(x)(Ti(0.85)Zr(0.15))O(3) composition, especially, Er(3+) however showed a preferential substitution for the (Ti,Zr)(4+) lattice sites. This allowed synthesis of a finally acceptor-like, highly resistive Ba(Ti,Zr,Er)O(3-delta)-like system, with a solubility limit below but close to 3 cat.% Er(3+). The overall phase development is discussed in terms of the amphoteric nature of Er(3+), and appears to mainly or, at least, partially also involve a minimization of stress effects from the ion size mismatch between the dopant and host cations. Further results presented here include a comparative analysis of the behavior of the materials` grain size, electrical properties and nature of the ferroelectric-to-paraelectric phase transition upon variation of the formulation and Er(3+) content. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Phase-transition studies of Ba(0.90)Ca(0.10)(Ti(1-x)Zr(x))O(3) ferroelectric ceramic compounds

Perovskite-structured Ba(0.90)Ca(0.10)(Ti(1-x)Zr(x))O(3) ceramics were prepared in this work and subsequently studied in terms of composition-dependent dielectric and high-resolution long-range order structural properties from 30 to 450 K. The dielectric response of these materials was measured at several frequencies in the range from 1 kHz to 1 MHz. Combining both techniques, including Rietveld refinement of the X-ray diffraction data, allowed observing that, when increasing Zr(4+) content, the materials change from conventional to diffuse and relaxor ferroelectric compounds, the transition occurring spontaneously at the x = 0.18 composition. Interestingly, this spontaneous transition turned out to be prevented for a further increase of Zr(4+). On the basis of all the dielectric and structural results processed, a phase diagram of this system is presented. (C) 2010 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

Investigation of microwave dielectric relaxation solid state process in the antiferroelectric phase of NaNbO3 ceramics

This letter reports microwave dielectric measurements performed in the antiferroelectric phase of NaNbO3 ceramics from 100 to 450 K. Remarkable dielectric relaxation was found within the antiferroelectric phase and in the vicinity of the ferroelectric-antiferroelectric phase transition. Such dielectric relaxation process was associated with relaxations of polar nanoregions with strong relaxor-like characteristic. In addition, the microwave dielectric measurements also revealed an unexpected and unusual anomaly in the relaxation strength, which was related to a disruption of the antiferroelectric order induced by a possible AFE-AFE phase transition. (C) 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Enhanced ferroelectric properties of La-substituted BiFeO3 thin films on LaSrCoO3/Pt/TiO2/SiO2/Si (100) substrates prepared by the soft chemical method

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Phase transition and dielectric properties of La-doped Pb(Zr, Ti)O-3 antiferroelectric ceramics

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Effects of lanthanum modification on dielectric properties of Pb(Zr-0.90,Ti-0.10)O-3 ceramics: enhanced antiferroelectric stability

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

(1-x)PMN-xPT ceramics prepared by conventional and modified columbite route: Effect on electrical properties

This study aims to demonstrate how the chemical homogeneity of B cations affects the microstructure and electrical responses of (1-x) PMN-xPT ceramics. Two methodologies were employed to synthesize three different compositions, with x assuming the values 0.10, 0.28, and 0.35. If compared to conventional method, the Ti-modified columbite route, which is characterized by higher B cation homogeneity, leads to PMN-PT powders and ceramics with lower content of PNT pyrochlore phase and, for 0.65PMN-0.35PT composition, minor amount of tetragonal phase is found. Conclusively, PMN-PT ceramics obtained by modified route favors B cations homogeneity, enhancing the dielectric, ferroelectric and piezoelectric properties.

Effect of lithium additive on the microstructure and electrical responses of 0.9PMN-0.1PT ceramics

Structural effects of lithium additive on 0.9PMN-0.1PT powders prepared by Ti-modified columbite route were studied. The substitution of Li+ ions for Mg2+ ions in the B-site sub-lattice of 0.9PMN-0.1PT perovskite structure was explained in terms of lead and oxygen vacancies generation originated as consequence of the ionic compensation of negatively charged Li'(Mg) sites. The rise in mass transport as consequence of the increasing of Pb2+ and O2- vacancies produces more agglomerated particles during the powder synthesis and changes the mechanical characteristics between grain and grain boundary of sintered ceramic. The relation between K-m and T-m values, the difference between ionic radii of B cation and the molar volume were used to explain the changes in the relaxor behavior and diffusiveness of phase transition as function of lithium doping, which are corroborated by the results obtained through the ferroelectric characterization.

Relaxor behavior in multiferroic BiMn2O5 ceramics

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Structural and dielectric characterization of praseodymium-modified lead titanate ceramics synthesized by the OPM route

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

A homovalent doping in PMN ceramics by using lithium and scandium cations

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Rietveld analysys and electrical properties of lanthanum doped BiFeO3 ceramics

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)