[論文レビュー] Monoclinic phase in the relaxor-based piezo-/ ferroelectric Pb(Mg$_{1/3}$Nb$_{2/3})O_3$-PbTiO$_3$ system

Z. G. Ye, Beatriz Noheda+3 more|arXiv (Cornell University)|Jul 12, 2001

Ferroelectric and Piezoelectric Materials被引用数 14

ひとこと要約

本研究では、高分解能同期放射X線回折を用いて、0.65Pb(Mg₁/₃Nb₂/₃)O₃–0.35PbTiO₃において、反強誘電体単斜晶相（空間群Cm、M_A型）を同定した。この相は、モルフォトロピック相境界付近の極化処理を施した単結晶で室温で出現し、格子定数はa = 5.692 Å、b = 5.679 Å、c = 4.050 Å、β = 90.15°であり、bₘ軸が擬立方晶[110]方向に整列している。これは、Pb(Zn₁/₃Nb₂/₃)O₃–PbTiO₃におけるPm型単斜晶相とは異なる。

ABSTRACT

A ferroelectric monoclinic phase of space group $Cm$ ($M_A$ type) has been discovered in 0.65Pb(Mg$_{1/3}$Nb$_{2/3})O_3$-0.35PbTiO$_3$ by means of high resolution synchrotron X-ray diffraction. It appears at room temperature in a single crystal previously poled under an electric field of 43 kV/cm applied along the pseudocubic [001] direction, in the region of the phase diagram around the morphotropic phase boundary between the rhombohedral (R3m) and the tetragonal (P4mm) phases. The monoclinic phase has lattice parameters a = 5.692 A, b = 5.679 A, c = 4.050 A and $β$ = $90.15^{\circ}$, with the b$_m$-axis oriented along the pseudo-cubic [110] direction . It is similar to the monoclinic phase observed in PbZr$_{1-x}$Ti$_x$O$_3$, but different from that recently found in Pb(Zn$_{1/3}$Nb$_{2/3})O_3$-PbTiO$_3$, which is of space group $Pm$ ($M_C$ type).

研究の動機と目的

• モルフォトロピック相境界付近のリラクサー系PMN-PTに単斜晶相が存在するかを調査すること。
• 極化処理を施した0.65PMN-0.35PT単結晶に形成された単斜晶相の結晶構造および対称性を特定すること。
• PMN-PTにおける強誘電的応答の増強の構造的起源を、単斜晶相の同定によって解明すること。
• PZTやPZN-PTなどの類縁固溶体に既に報告された相とは異なった、PMN-PTにおける単斜晶相の区別を明確にすること。

提案手法

• 0.65Pb(Mg₁/₃Nb₂/₃)O₃–0.35PbTiO₃の単結晶の結晶構造を分析するために、高分解能同期放射X線回折が用いられた。
• フェロエレクトリック秩序を誘発するために、擬立方晶[001]方向に43 kV/cmの強い電界を印加して極化処理が行われた。
• 格子定数および空間群対称性を特定するために、構造の精密切定が実施された。
• 特にβ ≈ 90.15°である非直交角の存在とブラッグ線の分裂に基づき、単斜晶相が同定された。
• bₘ軸の配向は、擬立方晶[110]方向に整列していると特定された。
• PZTやPZN-PTなどの既知の相との比較を通じて、Cm型単斜晶構造を区別した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 0.65PMN-0.35PTにモルフォトロピック相境界付近の極化条件下で単斜晶相が存在するか？
• RQ2 この系に形成された単斜晶相の結晶対称性および格子定数は何か？
• RQ3 単斜晶歪み（特にbₘ軸）の配向は、擬立方晶結晶学的方向とどのように関係しているか？
• RQ4 PMN-PTにおける単斜晶相は、PZTにおけるものと構造的に類似しているか、それともPZN-PTにおけるPm型相とは異なるか？
• RQ5 極化処理が、このリラクサー系フェロエレクトリックにおける単斜晶相の安定化に果たす役割は何か？

主な発見

• 0.65Pb(Mg₁/₃Nb₂/₃)O₃–0.35PbTiO₃に、空間群Cm（M_A型）の反強誘電体単斜晶相が室温で同定された。
• この単斜晶相の格子定数はa = 5.692 Å、b = 5.679 Å、c = 4.050 Å、β = 90.15°であり、正方晶対称性からのわずかな歪みを示している。
• 単斜晶相のbₘ軸は、擬立方晶[110]方向に整列しており、これが局所的対称性の破れを理解する上で重要である。
• この単斜晶相は、rhombohedral (R3m) と tetragonal (P4mm) 相の間のモルフォトロピック相境界領域に形成され、極化処理による構造的転移を示している。
• PMN-PTにおける単斜晶相は、最近報告されたPb(Zn₁/₃Nb₂/₃)O₃–PbTiO₃におけるPm型（M_C）単斜晶相とは異なり、リラクサー系における構造的多様性を裏付けている。
• 単結晶は[001]方向への極化処理によって安定化されており、電界履歴が相形成に重要な役割を果たしていることが示唆された。