[论文解读] Ferroelectricity in Silver Perovskite Oxides

Desheng Fu, Mitsuru Itoh|arXiv (Cornell University)|Aug 30, 2011

Ferroelectric and Piezoelectric Materials被引用 5

一句话总结

本文研究了银基钙钛矿氧化物中的铁电性能，特别是AgNbO3和AgTaO3。结果表明，AgNbO3在室温下表现出铁电态，可通过高电场或化学修饰转变为高极化铁电相，从而产生强烈的压电响应，适用于压电器件。AgTaO3最初为量子反铁电体，通过掺杂亦可实现铁电性，凸显了银钙钛矿在先进功能材料中的潜力。

ABSTRACT

There are two silver perovskite oxides: AgNbO3 and AgTaO3. AgNbO3 has a noncentrosymmetric group of Pmc21 at room temperature with a ferri-electric ordering of polarization. Such a ferri-electric state with small polarization can be changed into a ferroelectric state with very large polarization by a high electric field or by a chemical modification. The induced ferroelectric phase shows promising electromechanical response for applications in piezoelectric devices. In contrast, AgTaO3 is a quantum paraelectric, but ferroelectricity also can be induced through chemical substitution. The findings of good ferroelectric and piezoelectric performance in the silver perovskites are hoped to trigger further theoretical and experimental investigations on these systems.

研究动机与目标

• 研究银钙钛矿氧化物AgNbO3和AgTaO3中的本征铁电行为。
• 探索通过外部刺激（如高电场）实现AgNbO3中从铁电态到铁电态的转变。
• 研究通过化学取代在初始为量子反铁电体的AgTaO3中诱导铁电性的可能性。
• 评估这些材料在压电器件中潜在应用的电机械性能。
• 由于其优异的功能特性，激发对银钙钛矿氧化物的进一步理论与实验研究。

提出的方法

• 利用群论分析晶体结构与对称性，确定AgNbO3在室温下具有非中心对称的Pmc21空间群。
• 施加高电场以诱导AgNbO3中从铁电态到高极化铁电相的相变。
• 通过掺杂进行化学改性，以稳定AgNbO3中的高极化铁电相。
• 研究AgTaO3作为量子反铁电体系的特性及其对化学取代的响应，以诱导铁电性。
• 结合理论与实验数据，关联结构变化与极化行为及电机械响应。
• 基于外场下测得的极化与应变响应，评估压电性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 在高电场作用下，AgNbO3中的铁电态是否可转化为高极化铁电相？
• RQ2 化学改性在稳定AgNbO3铁电相中起什么作用？
• RQ3 为何AgTaO3保持为量子反铁电体，其铁电性是否可通过掺杂诱导？
• RQ4 AgNbO3中诱导的铁电相应变的电机械响应如何，与传统铁电体相比有何差异？
• RQ5 哪些结构与电子因素使银钙钛矿氧化物表现出强铁电性？

主要发现

• AgNbO3在室温下具有非中心对称的Pmc21结构，支持小极化的铁电态。
• 施加高电场可将AgNbO3中的铁电相转变为高极化铁电相。
• AgNbO3中诱导的铁电相表现出强烈的电机械响应，表明其适用于压电器件。
• AgTaO3在室温下为量子反铁电体，但可通过化学取代转变为铁电体。
• 本研究揭示银钙钛矿具有可调谐的铁电性能，激励进一步探索其功能潜力。
• 研究结果表明，银钙钛矿氧化物是下一代压电与铁电应用的有前途候选材料。