Sr添加BaTiOの強誘電特性向上における構造相関

Structural correlations in the enhancement of ferroelectric properties of Sr doped BaTiO.

• Satish Yadav
• Mohit Chandra
• Rajeev Rawat
• Vasant G Sathe
• Anil Sinha
• Kiran Singh

抄録

公称組成BaSrTiO(BSTO)にSrを添加したBaTiO(BTO)の構造,格子振動,誘電性,強誘電性,電気熱特性に及ぼすSr添加の影響を調べた。温度依存性誘電率の結果は、誘電率の向上を明らかにし、異なる構造遷移に関連する335, 250と185Kの周りに3つの周波数に依存しない遷移を示しています。これらの遷移はすべて原始的なBTOと比較して低温で発生しますが、BSTOの残留電気分極(P)はBTOよりもはるかに高くなっています。室温では約5μC/cm2であり、正方晶から斜方晶、斜方晶から菱面体転移では最大約8μC/cm2であることがわかった。電気カロリック効果は、立方晶から正方晶転移で温度△T∼0.24Kの断熱的変化が最大となることを示した。温度依存性のある放射光X線回折とラマンの結果は、P,結晶構造と格子振動の間に相関があることを示している。これらの結果は、BTOの強誘電特性がSrを添加することで向上することを示している。また、強誘電特性の向上の起源についても議論し、室温付近でのTiO6の八面体歪みによる超格子ピークの出現と関連していることを明らかにした。これらの特性の向上は、鉛フリーの高品質な強誘電体や圧電体の設計に役立つと考えられる。

The effect of Sr doping in BaTiO(BTO) with nominal compositions BaSrTiO(BSTO) have been explored on its structural, lattice vibration, dielectric, ferroelectric and electrocaloric properties. The temperature dependent dielectric results elucidate the enhancement in dielectric constant and exhibit three frequency independent transitions around 335, 250 and 185 K which are related to different structural transitions. All these transitions occur at lower temperature as compared with pristine BTO, however; remnant electric polarization (P) of BSTO is much higher than in BTO. The value of P is ∼ 5μC/cm2 at room temperature and the maximum P ∼ 8μC/cm2 is observed at tetragonal to orthorhombic and orthorhombic to rhombohedral transitions. The electro-caloric effect shows the maximum adiabatic change in temperature △T ∼ 0.24 K at cubic to tetragonal transition. The temperature dependent synchrotron X-ray diffraction and Raman results shows correlations between P, crystal structure and lattice vibrations. Our results demonstrate the enhancement in ferroelectric properties of BTO with Sr doping. The origin of the enhancement in ferroelectric property is also discussed which is related to the appearance of superlattice peak around room temperature due to TiO6 octahedral distortion. These enhanced properties would be useful to design lead free high quality ferroelectric and piezoelectric materials.

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