Dielectric Relaxation Phenomenon in Ferroelectric Perovskite-related Structures

Peláiz‐Barranco, A.; Guerra, José de los Santos

doi:10.5772/13418

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“…As the measurement frequency increases above 1.5 kHz both these cusps merge with each other and appear as one single board hump which is associated with the relaxation of permanent dipoles. This large broad hump-like feature is consistent with the disappearance of the shoulder at higher frequencies (till 5 MHz) as noticed in figure 2(a) [31]. The frequency (f ) variation of ε r and Tan δ at several temperatures from 173 to 473 K is shown in the figures 3(a) and (b), respectively.…”

Section: Dielectric Relaxationsupporting

confidence: 86%

Correlated barrier charge hopping and non-Debye relaxation in columbite MnNb₂O₆

Maruthi¹,

Deshpande²,

Deshmukh³

et al. 2022

J. Phys. D: Appl. Phys.

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A comprehensive study on the mechanism of ac-charge transport and dielectric relaxation in the MnNb2O6 Columbite system has been reported. Thermally driven, Arrhenius-like behavior of the ac-conductivity (σ(ω,T)) is predominant at temperatures above 300 K in the frequency range 50 Hz to 5 MHz with activation energies (Eac) lying between 0.45 and 0.38 eV. Besides, a quadratically decreasing trend in the activation energy is evident as given by: Eac(f) = A + B f + C f 2 with the constants A (0.413 eV), B (0.023 eV/Hz) and C (-0.004 eV/Hz2). The measured σ(ω,T) data is analyzed using the Double power law to explain the dispersive behavior of electrical conductivity. These studies also provide evidence for the correlated-barrier hopping (CBH) conduction mechanism of charge carriers for temperatures in the range 173 K to 473 K. Further, the temperature dependence of frequency exponent, s(T) displays two distinct regions both of which are associated with the CBH mechanism. However, the second region is more dominated by thermally activated Arrhenius-like behavior. The dynamical response of complex electric modulus spectra (M*(ω,T)) and the corresponding analysis using Kohlrausch-Williams-Watts method reveals the presence of a non-Debye type relaxation process with decay function exponent β lying between 0.794 and 0.840. This inference of the non-Debye type relaxation process is further supported by depressed semicircles in Nyquist plots and the higher magnitude of FWHM (~ 1.44 decades) of the normalized master cusp (M′′/M′′max vs. ω/ωmax) compared to the FWHM (= 1.14 decades) for ideal Debye behaviour. Both short-range and long-range conductivity regions are ubiquitous in M*(ω,T) with a pronounced distribution of relaxation times (τ ~ 935.8 - 0.36 μs) with temperature. This study further leads to the estimation of activation energy of charge carriers, Em = 0.44 eV which is in consonance with Eac(f,T).

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Section: Dielectric Relaxationsupporting

confidence: 86%

Correlated barrier charge hopping and non-Debye relaxation in columbite MnNb₂O₆

Maruthi¹,

Deshpande²,

Deshmukh³

et al. 2022

J. Phys. D: Appl. Phys.

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“…The dielectric relaxation seen near 1 kHz is attributed to the change in contributions from interfacial and space charge to orientational dipole [23]. Similarly, the relaxation observed near 1 MHz is attributed to the change in orientational dipolar relaxation to the ionic dielectric relaxation mechanism [23]. The film exhibits ε′ of 1650 and the loss factor of 0.08 at 1 kHz.…”

Section: Resultsmentioning

confidence: 84%

“…The observed trend in ε′ and loss factor with respect to frequency is typical behaviour of polar dielectric systems. The dielectric relaxation seen near 1 kHz is attributed to the change in contributions from interfacial and space charge to orientational dipole [23]. Similarly, the relaxation observed near 1 MHz is attributed to the change in orientational dipolar relaxation to the ionic dielectric relaxation mechanism [23].…”

Section: Resultsmentioning

confidence: 85%

Large magnetoelectric coupling in 0.5Ba(Zr_0.2Ti_0.8)O₃–0.5(Ba_0.7Ca_0.3) TiO₃ film on Ni foil

Swain¹,

Rath²,

Kumar³

et al. 2018

J. Phys. D: Appl. Phys.

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Lead-free, high piezocoefficient 0.5Ba(Zr 0.2 Ti 0.8 )O 3 -0.5(Ba 0.7 Ca 0.3 )TiO 3 film is fabricated on soft magnetic Ni foil as a substrate using a pulse laser deposition technique for the magnetoelectric studies. The x-ray diffraction analysis confirms the phase pure formation of polycrystalline ferroelectric film along with the presence of NiO formed during the high temperature growth process. The obtained lattice parameters suggest that the native oxide could favour the coherent growth of a ferroelectric layer. The film exhibits ferroelectric characteristics with a polarization value of 23 µC cm −2 at 225 kV cm −1 . The fabricated heterostructure displayed a high magnetoelectric coupling coefficient with the maximum magnetoelectric voltage coefficient (α 31 ) value of 1.08 V cm −1 Oe −1 at low field of 44 Oe. It is noteworthy to mention that the observed α 31 is comparable to the earlier reported toxic leadbased similar systems. The comparison between the experimental and calculated α 31 values suggests that the strain transfer percentage efficiency is around 69%, which is responsible for the observed large ME coupling. These experimental findings give a way to achieve high magnetoelectric coefficients by fabricating the oxide piezoelectric layer directly on the clamping free magnetic substrate.

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“…La parte real e imaginaria de la constante dieléctrica en función de la frecuencia se muestra en la figura 9 donde se observa la existencia de un mecanismo de relajación simple en el rango de frecuencias analizado, se observa que para frecuencias menores a 10 5 Hz la componente real disminuye monótonamente hasta alcanzar un comportamiento casi constante para frecuencias mayores a 10 5 Hz, mientras que la componente imaginaria pasa por un valor máximo. El comportamiento de ε´y ε´´ en función de la frecuencia se ajusta al modelo de Debye [29]; este modelo asume dipolos no interactuantes, los dipolos sólo interactúan con el campo aplicado y no entre sí; cuando el campo deja de actuar la polarización decae exponencialmente de la forma [30]. En este modelo tenemos que P1m1 y Bmm2 respectivamente; en la tabla 1 se presenta el porcentaje calculado de cada una de estas fases para el KNNxBLFO con x= 0.005, 0.015 y 0.025, también se presentan los respectivos parámetros de red.…”

Section: Resultados Y Discusiónunclassified

Efecto del BiFeO3 en las propiedades del sistema ferroeléctrico libre de plomo K0.5Na0.5NbO3

Pinza¹,

Jurado²,

Raigoza³

2014

Bol. Soc. Esp. Ceram. Vidr.

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INTRODUCCIÓNUno de los enfoques prometedores para crear nuevos materiales es la combinación de diferentes propiedades físicas en un material para aumentar su funcionalidad. El acoplamiento entre los parámetros de orden magnético y ferroeléctrico puede conducir a efectos magnetoeléctricos, en los que la magnetización puede ser modificada por la aplicación de un campo eléctrico y viceversa. A la fecha han sido identificados relativamente pocos materiales multiferroicos, y en los que se conocen, el mecanismo que subyace a su ferroelectricidad es a menudo poco convencional [1]. El niobato de potasio y sodio, K 0.5 Na 0.5 NbO 3 (KNN), se ha considerado un buen candidato para la fabricación de cerámicas ferroeléctricas libres de plomo debido a su buena respuesta piezoeléctrica y la relativamente alta temperatura de Curie ~420 ºC [2]. Sin embargo, es muy difícil sinterizar cerámicas piezoeléctricas basadas en KNN debido a la volatilidad del Na y del K y a su alta reactividad con la humedad. Por otro lado el BiFeO 3 es un compuesto multiferroico muy utilizado recientemente debido a que sus temperaturas de transición eléctrica y magnética, están encima de la temperatura ambiente (T C ∼ 820-850 ºC, T N = 370 ºC) siendo un óptimo candidato para el desarrollo de aplicaciones. Uno de los grandes problemas con este compuesto es la presencia de impurezas que aumentan la conductividad eléctrica, enmascarando el fenómeno de la ferroelectricidad [3]. Por otro lado, el BiFeO 3 (BFO) se ha usado como dopante del KNN para formar contorno de fase morfotrópico (CFM) romboédrico-ortorrómbico [4]. Sin embargo, la solubilidad del BFO en KNN es pequeña, lo que se atribuye a la gran diferencia estructural entre ambos materiales (BFO romboédrico y KNN ortorrómbico); para aumentar la solubilidad del BFO en el KNN puede ser útil la sustitución del sitio A por lantano ya que puede desviar su estructura de romboédrica a tetragonal/ortorrómbica a temperatura ambiente, por ejemplo, la estructura del sistema (Bi 0.8 La 0.2 )FeO 3 (BLFO) es tetragonal [4]. La obtención de cerámicas densas basadas en KNN depende fuertemente de las características del polvo de partida, por esto deben utilizarse métodos de síntesis que garanticen el control estequiométrico, disminución de la temperatura de síntesis y sinterización, la reproducibilidad, etc. El método de reacción por combustión se destaca como un importante y moderno procedimiento para la síntesis instantánea de óxidos cerámicos multicomponentes, En la búsqueda de un material multiferroico, se prepararon polvos y piezas cerámicas del sistema ferroeléctrico libre de plomo (1-x)K 0.5 Na 0.5 NbO 3 -x(Bi 0.8 La 0.2 )FeO 3 (KNN-BLFO) (x=0.005, 0.010, 0.015, 0.020, 0.025), mediante el método de reacción por combustión. Para todas las estequiometrias estudiadas se obtuvo la fase perovskita característica del KNN. Con las diferentes caracterizaciones se determinó que el BLFO se incorpora en la estructura cristalina del KNN modificándola sin que se presente una transición de fase. Se comprobó además que la adic...

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Dielectric Relaxation Phenomenon in Ferroelectric Perovskite-related Structures

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Correlated barrier charge hopping and non-Debye relaxation in columbite MnNb₂O₆

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Large magnetoelectric coupling in 0.5Ba(Zr_0.2Ti_0.8)O₃–0.5(Ba_0.7Ca_0.3) TiO₃ film on Ni foil

Efecto del BiFeO<sub>3</sub> en las propiedades del sistema ferroeléctrico libre de plomo K<sub>0.5</sub>Na<sub>0.5</sub>NbO<sub>3</sub>

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