Separate Kinetics of the Polar and Antiferrodistortive Order Parameters in the Antiferroelectric Transition of PbZr1-xTixO3 and the Influence of Defects

• Autorzy: Cordero F. , Craciun F. , Trequattrini F. , Galassi C.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amm-2015-0063

Warianty tytułu

PL

Oddzielne kinetyki polarnych i antyferroelektrycznych dystorsji parametrów uporządkowania w przemianie antyferroelektrycznej PBZR1-XTIXO3 oraz wpływ defektów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The transition from the rhombohedral-ferroelectric to the lower temperature orthorhombic-antiferroelectric phase in Zr-rich PZT involves two order parameters (OPs): 1) the polar OP for the displacements of the cations with respect to the O octahedra; 2) an antiferrodistortive OP responsible for tilting of the octahedra. It is shown that at Ti compositions near the morphotropic boundary with the FE phase (0.046 ≤ x ≤ 0.054), the two OPs may be almost independent of each other at cooling rates of 0.5 K/min or faster, depending on the sample history. This fact gives rise to a great variety of shapes of the curves of the elastic compliance s(T), but all of them can be fitted very well as superpositions of variously broadened steps for each of the modes involved in the transitions, including the tilt transition occurring in the untransformed FE fraction. The evolution of the s(T) curves includes enhancements up to a factor of four during aging for weeks in the region of the AFE/FE coexistence. Restiffening and reduction of the thermal hysteresis of the AFE/FE transition are recovered by heating up to 800-900 K. It is proposed that ageing is due to the clustering of relatively mobile defects, most likely O vacancies, at the domain walls in the coexisting AFE/FE phases. Such defect structures are probably at the origin of intense thermally activated relaxation processes observed above T_C in the dielectric and anelastic spectra, and can be annealed out above 800 K, allowing the AFE transition to recover a fast kinetics.

PL

Przemiana fazy romboedrycznej-ferroelektrycznej do niskotemperaturowej fazy rombowej-antyferroelektrycznej bogatej w Zr ceramiki piezoelektrycznej PZT obejmuje dwa parametry uporządkowania (OP): 1) polarny OP z przemieszczeń kationów Zr/Ti w odniesieniu do oktaedrów tlenowych; 2) antyferroelektryczna dystorsja OP odpowiedzialna za przechylenie oktaedrów. Pokazano, że dla zawartości Ti w pobliżu morfotropowej granicy z fazą ferroelektryczną (0,046≤x≤0,054), obydwa OP mogą być prawie niezależne od siebie podczas chłodzenia z szybkością 0,5 K/min lub mniejszą, w zależności od historii próbki. Ten fakt powoduje wielką różnorodność kształtów krzywych podatności sprężystej s(T), ale wszystkie z nich mogą być bardzo dobrze przybliżone jako superpozycje różnie poszerzonych etapów dla każdego z trybów zaangażowanych w przemianę, w tym przemianę nachylenia występującą w nietransformowanej fazie ferroelektrycznej. Zmiana krzywych s(T) obejmuje czterokrotne poszerzenia krzywych po okresie starzenia przez kilka tygodni w regionie współistnienia faz antyferroelektrycznej (AFE) i ferroelektrycznej (FE). Zesztywnienie i zwężenie pętli histerezy termicznej przemiany AFE / FE są odzyskiwane przez podgrzanie do temperatury 800-900 K. Proponuje się, że starzenie się jest spowodowane grupowaniem się stosunkowo mobilnych defektów, najprawdopodobniej wakansów tlenowych, na ścianach domen w współistniejących fazach AFE / FE. Defekty te są zapewne przyczyną silnych, aktywowanych termicznie procesów relaksacyjnych obserwowanych powyżej temperatury krytycznej T_C w widmie strat dielektrycznych i mechanicznych, i mogą być wyżarzane powyżej 800 K, umożliwiając przejściu AFE odzyskanie szybkiej kinetyki przemiany.

Słowa kluczowe

EN

antiferroelectric PZT; phase transitions; defect; elasticity

PL

przemiana antyferroelektryczna; przejścia fazowe; defekt; elastyczność

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 60, iss. 1
• Strony: 381--384
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., rys.

Twórcy

autor

Cordero F.

• CNR - ISC, Istituto Dei Sistemi Complessi, Area Della Ricerca Di Roma -Tor Vergata, Via Del Fosso Del Cavaliere 100, I-00133 Roma, Italy

autor

Craciun F.

• CNR - ISC, Istituto Dei Sistemi Complessi, Area Della Ricerca Di Roma -Tor Vergata, Via Del Fosso Del Cavaliere 100, I-00133 Roma, Italy

autor

Trequattrini F.

• DIP. FISICA, Universita Di Roma “La Sapienza”, P. Le A. Moro 2, I-00185 Roma, Italy

autor

Galassi C.

• CNR - ISTEC, Istituto Di Scienza E Tecnologia Dei Materiali Ceramici, Via Granarolo 64, I-48018 Faenza, Italy

Bibliografia

• [1] D. L. Corker, A. M. Glazer, J. Dec, K. Roleder, R. W. Whatmore, A Re-investigation of the crystal structure of the Perovskite PbZrO3 by X-ray and neutron diffraction, Acta Cryst. B 53, 135 (1997).
• [2] M. Avdeev, J. D. Jorgensen, S. Short, G. A. Samara, E. L. Ven-turini, P. Yang, B. Morosin, Pressure-induced ferroelectric to antiferroelectric phase transition in Pb0.99(Zr0.95Ti0.05)0.98 Nb0.02O3, Phys. Rev. B 73, 064105 (2006).
• [3] F. Cordero, F. Craciun, F. Trequattrini, C. Galassi, P. A. Thomas, D. S. Keeble, A. M. Glazer, Merging of the polar and tilt instability lines near the respective morphotropic phase boundaries of PbZr^Tix O3, Phys. Rev. B 88, 094107 (2013).
• [4] F. Cordero, F. Trequattrini, F. Craciun, C. Galassi, Effects of aging and annealing on the polar and antiferrodistortive compo-nents of the antiferroelectric transition in PbZrTix O3, Phys. Rev. B 89, 214102 (2014).
• [5] F. Cordero, F. Trequattrini, F. Craciun, C. Galassi, Merging of the polar and tilt instability lines near the respective morphotropic phase boundaries of PbZrTix O3, Phys. Rev. B 87, 094108 (2013).
• [6] W. Rehwald, The study of structural phase transitions by means of ultrasonic experiments, Adv. Phys. 22, 721 (1973).
• [7] B. P. Pokharel, D. Pandey, Dielectric studies of phase transitions in (PbBax)ZrO3, J. Appl. Phys. 86, 3327 (1999).