[论文解读] Insights of Dielectric relaxations in Nd and Mn co-substituted BiFeO3

Chandrakanta Panda, Pawan Kumar+3 more|arXiv (Cornell University)|Dec 9, 2015

Multiferroics and related materials参考文献 2被引用 3

一句话总结

本研究探究了Nd与Mn共掺杂BiFeO3中的介电弛豫行为，揭示了从R3c对称性到Pbnm对称性的结构转变，并确定Bi0.95Nd0.05Fe0.95Mn0.05O3表现出最高的介电常数。观察到非德拜弛豫行为及小极小极化子跳跃导电机制，介电异常与磁性转变温度相关联。

ABSTRACT

The composition-driven structural transition from the R3c to Pbnm symmetry was observed. Highest dielectric constant was observed for Bi0.95Nd0.05Fe0.95Mn0.05O3. Conductivity can be explained by the small polaron hopping model. The non-Debye type of dielectric relaxation is observed. The dielectric anomaly at the magnetic transition temperature is evident.

研究动机与目标

• 理解Nd与Mn共掺杂对BiFeO3结构与介电性能的影响。
• 分析共掺杂体系中介电弛豫的起源。
• 将结构转变与介电及磁性行为相关联。
• 确定可实现增强介电响应的最佳掺杂组成。

提出的方法

• 采用固相反应法合成Nd与Mn共掺杂的BiFeO3陶瓷。
• 利用X射线衍射对结构进行表征，以识别从R3c对称性到Pbnm对称性的相变。
• 在宽频率与温度范围内进行介电测量，以分析弛豫行为。
• 采用小极小极化子跳跃模型分析电导率。
• 考察介电异常与磁性转变温度的关系。
• 将介电弛豫数据拟合至非德拜行为，以评估弛豫动力学。

实验结果

研究问题

• RQ1 Nd与Mn共掺杂如何影响BiFeO3的结构对称性？
• RQ2 Nd与Mn共掺杂BiFeO3中的介电弛豫性质是什么？
• RQ3 所观察到的电导率在共掺杂体系中的起源是什么？
• RQ4 介电响应如何与磁性转变温度相关联？
• RQ5 何种掺杂浓度可获得最高的介电常数？

主要发现

• 在Nd与Mn共掺杂BiFeO3中观察到由成分驱动的从R3c对称性到Pbnm对称性的结构转变。
• Bi0.95Nd0.05Fe0.95Mn0.05O3的介电常数达到最高值。
• 介电弛豫表现出非德拜行为，表明存在弛豫时间的分布。
• 该体系的电导率最符合小极小极化子跳跃模型的解释。
• 在磁性转变温度处观察到明显的介电异常，表明介电与磁性性质之间存在耦合。
• 在最优Nd与Mn共掺杂水平下，体系表现出增强的介电响应，表明其在多铁电应用中具有潜力。