Features of the dynamic pyroelectric response and the local domain structure in PZN-PT crystals

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Аннотация

In this work, the polarization distribution over the volume of (1-x)Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3 crystals of the directions [001] and [111] was studied by the method of dynamic pyroelectric response. It is established that the value of the pyroelectric coefficient in the samples of both directions is the same. The domain structure of the studied crystals was visualized by piezoresponse force microscopy. It is shown that on the surface of the initial single crystals of these directions there is a small-sized labyrinth-like domain structure from 50 to 500 nm, characteristic of ferroelectric relaxors. At a depth of 50 microns from the crystal surface, a larger domain structure with a characteristic micron-scale domain size is observed. To determine the average thickness of a layer with an inhomogeneous polarization distribution, a theoretical model was used that analytically describes the possibilities of a dynamic pyroelectric method for studying the near-surface layer of ferroelectric materials. Theoretical calculations have shown that this method allows us to obtain accurate data on the thickness of the layer and its polarization state. It has been experimentally established that in a single crystal 0,955Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0,045PbTiO3 of the direction [001], the secondary pyroelectric effect contributes to the overall pyroelectric response much more than for the direction [111] due to the large value of the piezoelectric coefficient.

Авторлар туралы

Inna Kislova

Tver State University

Email: inkis@mail.ru
Ph. D., Docent, Applied Physic Department

Dmitry Kiselev

National University of Science and Technology MISIS

Ph. D, Head of the Laboratory of Physics of Oxide Ferroelectrics of the Department of Materials Science of Semiconductors and Dielectrics

Andrei Kholkin

Aveiro Institute of Materials; University of Latvia

Ph. D., Researcher, Department of Physics, Aveiro Institute of Materials; Researcher, Institute of Solid-State Physics, University of Latvia

Alexander Solnyshkin

Tver State University

Dr. Sc., Full Professor, Condensed Matter Physics Department

Oleg Mukhin

Tver State University

student of Faculty of Physics and Technology

Georgij Kolkov

Tver State University

student of Faculty of Physics and Technology

Әдебиет тізімі

  1. Iwata, M. Temperature dependence of the aging effect of permittivity in Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 and BaTiO3 single crystals / M. Iwata, K. Saitoh, R. Kotani et al. // Japanese Journal of Applied Physics. - 2023. - V. 62. - №SM. - P. SM1001-1-SM1001-6. doi: 10.35848/1347-4065/acdf69.
  2. Kholkin, A.L. Review of ferroelectric domain imaging by piezoresponse force microscopy / A.L. Kholkin, S.V. Kalinin, A. Roelofs et al. // Scanning Probe Microscopy. - 2007. - V. 1. - I. 1. - P. 173-214. doi: 10.1007/978-0-387-28668-6_7.
  3. Rajan, K.K. Dielectric and piezoelectric properties of [001] and [011]-poled relaxor ferroelectric PZN-PT and PMN-PT single crystals / K.K. Rajan, M. Shanthi, W.S. Chang et al. // Sensors and Actuators A: Physical. - 2007. - V. 133. - I. 1. - P. 110-116. doi: 10.1016/j.sna.2006.03.036.
  4. Wang, H. Humidity effects on domain structure and polarization switching of Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-x%PbTiO3 (PZN-x%PT) single crystals / H. Wang, K. Zeng // Materials. - 2021. - V. 14. - I. 9. - Art. № 2447. - 8 p. doi: 10.3390/ma14092447.
  5. Chen, Y. Pb(Er1/2Nb1/2)O3-Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 single crystals with high curie temperature / Y. Chen, Z. Xi, F. Guo et al. // Crystals. - 2020. - V. 10. - I. 1. - Art. № 22. - 8 p. doi: 10.3390/cryst10010022.
  6. Wang, R.X. Evolution of polar nano-regions under electric field around ferroparaelectric transition temperature and its contribution to piezoelectric property in Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.30PbTiO3 crystal / R.X. Wang, J. Zhang, L.M. Zheng et al. // Ceramics International. - 2018. - V. 44. - I. 15. - P. 18084-18089. doi: 10.1016/j.ceramint.2018.07.012.
  7. Lim, L.C. Characterization of flux-grown PZN-PT single crystals for high-performance piezo devices / L.C. Lim, K.K. Rajan, J. Jin // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. - 2008. - V. 54. - I. 12. - P. 2474-2478. doi: 10.1109/TUFFC.2007.562.
  8. Srimathy, B. Effect of donor dopants on the properties of flux grown PZN-PT single crystals / B. Srimathy, J. Kumar // Applied Physics A: Materials Science and Processing. - 2021. - V. 127. - I. 1. - Art. № 447. - 7 p. doi: 10.1007/s00339-021-04609-3.
  9. Zhang, Y. Electric field and frequency dependent scaling behavior of dynamic hysteresis in relaxor-based ferroelectric 0.71Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.29PbTiO3 single crystal / Y. Zhang, B. Long, Y. Wen et al. // Journal of Alloys and Compounds. - 2019. - V. 775. - I. 1. - P. 435-440. doi: 10.1016/j.jallcom.2018.10.123.
  10. Yin, J. Observation and analysis of domain configurations in domain engineered PZN-PT single crystals /j. Yin, W. Cao // Ferroelectrics. - 2001. - V. 251. - I. 1. - P. 93-100. doi: 10.1080/00150190108008505.
  11. Wang, H. Characterization of domain structure and imprint of Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-4.5%PbTiO3 (PZN-4.5%PT) single crystals by using PFM and SS-PFM techniques / H. Wang, K. Zeng // Ceramics International. - 2020. - V. 46. - I. 4. - P. 4274-4279. doi: 10.1016/j.ceramint.2019.10.148
  12. Li, H. Enhanced piezoelectricity of Sm-doped Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 single crystals by regulating local disorder polarization / H. Li, W. Liao, B. Sun et al. // SSRN Electronic Journal. - 2022. - 22 p. doi: 10.2139/ssrn.4132120.
  13. Богомолов, А.А. Пироэлектрический эффект в сегнетоэлектриках: учебное пособие / А.А. Богомолов. - Тверь: Тверской государственный университет, 2004. - 107 с.
  14. Солнышкин, А.В. Пироэлектрический и фотовольтаический эффекты в неоднородных сегнетоэлектрических структурах: дис. … доктора физ.-мат. наук: 01.04.07: защищена 16.03.2012: утв. 11.12.2012 / Солнышкин Александр Валентинович. - Тверь: Тверской государственный университет, 2012. - 338 с.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».