[論文レビュー] Dynamic behavior of polar nanoregions in re-entrant relaxor 0.6Bi(Mg1/2Ti1/2)O3-0.4PbTiO3

Kaiyuan Chen, Zhang, Qi+10 more|arXiv (Cornell University)|Sep 11, 2020

Ferroelectric and Piezoelectric Materials被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、誘電分光法および電気モジュラス解析を用いて、再入るリラクサーである0.6Bi(Mg1/2Ti1/2)O3-0.4PbTiO3における極性ナノ領域（PNRs）の動的挙動を調査した。低温再入るリラクサー転移と高温拡散相転移に関連する2つの異なるPNR状態を特定し、PNR形成、凍結、相転移に関連する3つの臨界温度を明らかにした。ビスマス化学计量比がPNR動態の調整において重要な役割を果たしていることが示された。

ABSTRACT

The existence of polar nanoregions is the most important characteristic of ferroelectric relaxors, however, the size determination and dynamic of PNRs remains uncertain. We reveal a re-entrant relaxor behavior and ferroelectric-paraelectric transition coexists in complex perovskite oxide 0.6Bi(Mg1/2Ti1/2)O3-0.4PbTiO3. Two dielectric anomalies (i) the low-temperature re-entrant relaxor transition and (ii) the high-temperature diffuse phase transition (DPT) were described by the phenomenological statistical model. The sizes of the two kinds of polar nanoregions (PNRs) corresponding to two ferroelectric states were obtained. The dynamic of PNRs were analyzed using isothermal electrical modulus, which shows three critical temperatures associated with the diffuse phase transition, the formation and freezing of PNRs, respectively. The temperature evolution of the PNRs evolution depends on the stoichiometry of bismuth. The results provide new insights into the dynamic behavior of PNRs and the modification way of re-entrant relaxor behavior.

研究の動機と目的

• 複雑なペロブスカイト系リラクサー、特に0.6Bi(Mg1/2Ti1/2)O3-0.4PbTiO3における極性ナノ領域（PNRs）の動的挙動を理解すること。
• 再入るリラクサー系におけるPNRサイズの決定と動的進化に関する不確実性を解消すること。
• 複雑酸化物における再入るリラクサー行動と強誘電体-常誘電体転移の共存を調査すること。
• ビスマス化学计量比がPNR形成および凍結動態に与える影響を特定すること。

提案手法

• 誘電分光法を用いて、低温再入るリラクサー転移と高温拡散相転移（DPT）に関連する2つの明著な誘電異常を検出した。
• 2つの誘電異常を記述し、それぞれの強誘電的状態に対応するPNRサイズを抽出するために、現象論的統計モデルを適用した。
• 等温電気モジュラス分光法を用いてPNRの動的プロセスを分析し、特徴的な緩和時間と臨界温度を同定した。
• PNRの温度依存的進化をビスマス含有量と関連付けることで、PNR形成および凍結への影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 再入るリラクサー0.6Bi(Mg1/2Ti1/2)O3-0.4PbTiO3における極性ナノ領域（PNRs）の動的特性は何か？
• RQ2 低温再入るリラクサー状態と高温拡散相転移状態との間で、PNRのサイズと進化はどのように異なるか？
• RQ3 この系におけるPNR形成、凍結、および相転移に関連する臨界温度は何か？
• RQ4 ビスマス化学计量比は、この複雑なペロブスカイト酸化物におけるPNRの動的挙動にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 低温再入るリラクサー転移と高温拡散相転移（DPT）に対応する2つの明確なPNR状態が同定された。
• 誘電データに現象論的統計モデルを適用することで、2つのPNRのサイズが定量的に決定された。
• 等温電気モジュラス分光法により3つの臨界温度が特定された：拡散相転移に関連する1つ、PNR形成に関連する1つ、PNR凍結に関連する1つ。
• PNRの温度的進化は、材料中のビスマス化学计量比に強く依存している。
• 0.6Bi(Mg1/2Ti1/2)O3-0.4PbTiO3において、再入るリラクサー行動と強誘電体-常誘電体転移の共存が確認された。
• 結果として、特にビスマス含有量による組成制御によりPNR動態を調整する新たな知見が得られた。