Определение энергии активации дефектов в сегнетоэлектриках методом температурной активации–релаксации диэлектрической проницаемости

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В статье предложен метод температурной активации–релаксации диэлектрической проницаемости для определения энергии активации дефектов в сегнетоэлектриках на примере образцов цирконата–титаната свинца Pb(Zr,Ti)O3. Этот метод базируется на анализе релаксации диэлектрической проницаемости после отжига и анализе температурной активации диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрика Pb(Zr,Ti)O3. Установлено равенство энергии активации, соответствующей процессу миграции кислородных вакансий, и тепловой энергии распада доменной структуры, что было подтверждено исследованиями поверхности образцов методом растровой электронной микроскопии. При достижении этой температуры происходил отрыв поверхности доменных стенок от кислородных вакансий, являющихся центрами закрепления (пиннинга). Это проявлялось на морфологии образцов в изменении упорядочения доменов, выходящих на поверхность образца, что приводило к необратимому уменьшению диэлектрической его проницаемости. Для полученных энергий активации установлен физический процесс активации движения доменных стенок, что определяется их закреплением на дефектах структуры (кислородных вакансиях). Предположительно, необратимый распад доменной структуры происходит при смещениях доменных стенок на расстояния, превышающие параметр элементарной решетки сегнетоэлектрика. Предложенный метод может быть частью комплексного исследования, который включает применение электрофизических, рентгеноструктурных методов, измерения методами микроскопии, а также определение дефектной структуры сегнетоэлектрического материала.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Д. В. Кузенко

Научно-исследовательский институт “Реактивэлектрон”

Автор, ответственный за переписку.
Email: danil.kuzenko.84@yandex.ru
Россия, Донецк

Список литературы

  1. Джагупов Р.Г., Ерофеев А.А. Пьезокерамические элементы в приборостроении и автоматике. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1986. 252 с.
  2. Бобцов А.А., Бойков В.И., Быстров С.В., Григорьев В.В., Карев П.В. Исполнительные устройства и системы для микроперемещений. СПб: Университет ИТМО, 2017. 34 с.
  3. Mikolajick T., Slesazeck S., Mulaosmanovic H., Park M.H., Fichtner S., Lomenzo P.D., Hoffmann M., Schroeder U. // J. Appl. Phys. 2021. V. 129. № 10. P. 100901. https://www.doi.org/10.1063/5.0037617
  4. Лайнс М., Гласс А. Сегнетоэлектрики и родственные им материалы. М.: Мир, 1981. 736 с.
  5. Alexander K. Tagantsev, L. Eric Cross, Jan Fousek Domains in Ferroic Crystals and Thin Films. N.Y.: Springer-Verlag, 2010. 821 p. https://www.doi.org/10.1007/978-1-4419-1417-0
  6. Сидоркин А.С. Доменная структура в сегнетоэлектриках и родственных материалах. М.: Физматлит, 2000. 240 с.
  7. Приседский В.В. Нестехиометрические сегнетоэлектрики АIIBIVO3. Донецк: Изд-во ‘‘Ноулидж’’ (донецкое отделение), 2011. 267 с.
  8. Смоленский Г.А. Сегнетоэлектрики и антисегнетоэлектрики. Л.: Наука. Ленинградское отделение, 1971. 476 с.
  9. Дубинин С.Ф., Лошкарев Н.Н., Теплоухов С.Г., Сухоруков Ю.П., Балбашов А.М., Архипов В.Е., Пархоменко В.Д. // ФТТ. 2005. Т. 414. № 7. С. 1236. https://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/3886
  10. Li W., Ma J., Chen K., Su D., Zhu J.S. // Europhys. Lett. 2005. V. 72. № 1. P. 131. https://www.doi.org/10.1209/epl/i2005-10193-0
  11. Xiao Y., Bhattacharya K. Interaction of oxygen vacancies with domain walls and its impact on fatigue in ferroelectric thin films. // Proc. SPIE. Smart Structures and Materials, San Diego, CA, United States. 2004. V. 5387. P. 354. https://www.doi.org/10.1117/12.539588
  12. Xu T., Shimada T., Araki Y., Wang J., Kitamura T. // Nano Lett. 2015. V. 16. № 1. P. 454. https://www.doi.org/10.1021/acs.nanolett.5b04113
  13. Paruch P., Kolton A.B., Hong X., Ahn C.H., Giamar- chi T. // Phys. Rev. B. 2012. V. 85. № 21. P. 214115 https://www.doi.org/10.1103/physrevb.85.214115
  14. Qi Tan, Xu Z., Jie-Fang Li // Appl. Phys. Lett. 1997. V. 71. P. 1062. https://www.doi.org/10.1063/1.119728
  15. Balke N., Ramesh R., Yu P. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2017. V. 9. № 45. P. 39736. https://www.doi.org/10.1021/acsami.7b10747
  16. Zhang D., Sando D., Sharma P., Cheng X., Ji F., Govinden V., Weyland M., Nagarajan V., Seidel J. // Nat. Commun. 2020. V. 11. № 349. https://www.doi.org/10.1038/s41467-019-14250-7
  17. Samanta S., Sankaranarayanan V., Sethupathi K. // Vacuum. 2018. V. 156. № 456. https://www.doi.org/10.1016/j.vacuum.2018.08.015
  18. Hosun Lee, Youn Seon Kang, Sang-Jun Cho, Bo Xiao, Hadis Morkoç, Tae Dong Kang, Ghil Soo Lee, Jingbo Li, Su-Huai Wei, Snyder P.G., Evans J.T. // J. Appl. Phys. 2005. V. 98. P. 094108. https://www.doi.org/10.1063/1.2128043
  19. Lo V.C., Li K.T. // J. Mater. Sci. Mater. Electron. 2006. V. 18. № 5. P. 553. https://www.doi.org/10.1007/s10854-006-9070-y
  20. Татохин Е.А., Каданцев А.В., Бормонтов А.Е., Задорожний В.Г. // Физика и техника полупроводников. 2010. T. 44. №. 8. С. 1031. journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/7187
  21. Kuzenko D.V., Ishchuk V.M., Bazhin A.I., Spiridonov N.A. Long-time aftereffects and relaxation in piezoelectric ceramics // Ferroelectrics. 2015. V. 474. P. 156. https://www.doi.org/10.1080/00150193.2015.997179
  22. Kuzenko D.V. // J. Adv. Dielectrics. 2022.V. 12. № 3. P. 2250010. https://www.doi.org/10.1142/S2010135X22500102
  23. Kuzenko D.V. // J. Adv. Dielectrics. 2021. V. 11. № 1. P. 2150006. https://www.doi.org/10.1142/S2010135X21500065
  24. Кузенко Д.В. // Вестник Донецкого национального университета. Серия А: Естественные науки. 2022. № 4. С. 15. donnu.ru/public/journals/files/Vestnik_DonNU_A_ 2022_N4.pdf

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Зависимость диэлектрической проницаемости от температуры ε(T) (а) и логарифма диэлектрической проницаемости от обратной температуры lnε(1/T) (б) для образцов Pb(Zr0.53Ti0.47)O3; 1–4 – участки графика, аппроксимированные линейной зависимостью

Скачать (101KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Энергии активации для температурно-активационных процессов в сегнетоэлектрической фазе, соответствующие линейно аппроксимированным участкам lnε(1/T), и смещения доменных стенок (схематически), закрепленных на кислородных вакансиях VO2+. ДС – доменная стенка, P – поляризация, u – смещение доменной стенки, a – параметр элементарной ячейки

Скачать (209KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Морфология поверхности неполяризованного (1), поляризованного (2) и отожженного при температуре 373 (3), 473 (4), 536 (5, соответствует Td), 552 К (6, полностью деполяризованный образец) после поляризации образца Pb(Zr0.53Ti0.47)O3, полученная в режиме на отражение при комнатной температуре

Скачать (60KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Релаксация диэлектрической проницаемости после отжига образцов Pb(Zr0.53Ti0.47)O3 (а) и температурная зависимость скорости релаксации диэлектрической проницаемости (б). Td < TC – температура деполяризации

Скачать (104KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024