HYSTERESIS PROPERTIES OF PIN-PMN-PT SINGLE-CRYSTAL SOLID SOLUTIONS

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The paper presents the results of a study of hysteresis properties based on analysis of dielectric hysteresis loops and temperature dependences of switchable polarization for solid solutions 24% Pb(In 1/2 Nb 1/2 )O 3 - 49% Pb(Mg 1/3 Nb 2/3 )O 3 - 27% PbTiO 3 solutions. It follows from the experiment that at T = 293 K and strengths of the repolarizing field E = (140-301)·103 V·m-1, only partial switching of the crystal occurs. Saturated dielectric hysteresis loops of crystals are observed in a field of 271×103 V×m-1 in two temperature ranges 373-383 K and 437-440 K. The temperature dependences of the permittivity and switchable polarization have two anomalies, the first of which correspond to the region of the phase transition of the crystal from the ferroelectric rhombohedral phase to the tetragonal one. At a temperature of about 450 K, the crystal passes into the paraelectric state. Electron microscopic studies of the PIN - PMN - PT crystal structure show that various surface areas contain inhomogeneities that differ in the compositional contrast from the matrix represented by chemical elements, the main mass percentage of which is oxygen and lead. The elemental composition of heterogeneities also includes titanium.

About the authors

Nataly N. Bolshakova

Tver State University

Tver, Russia

Nataly Yu. Druginina

Military Academy of Air and Space Defense named after Marshal of the Soviet Union G.K. Zhukov

Tver, Russia

Alexandra I. Ivanova

Tver State University

Tver, Russia

Danila A. Ivanov

Tver State University

Tver, Russia

Elena M. Semenova

Tver State University

Email: semenova_e_m@mail.RUS
Tver, Russia

References

  1. He, C. Optical properties of PT-based relaxor ferroelectric crystals / C. He, Y. Wen, Y. Wen et al. // Crystal Research and Technology. - 2023. - V. 58. - I. 6. - Art. № 2200197. doi: 10.1002/crat.202200197.
  2. Song, K. Composition and electrical properties characterization of a 5" diameter PIN-PMN-PT single crystal by the modified Bridgman method / K. Song, Q. Li, H. Guo, et al. // Journal of Alloys and Compounds. - 2021. - V. 851. - Art. № 156145. - 24 p. doi: 10.1016/j.jallcom.2020.156145.
  3. Echizenya, K. PMN-PT and PIN-PMN-PT single crystals grown by continuous-feeding Bridgman method / K. Echizenya, K. Nakamura, K. Mizuno // Journal of Crystal Growth. - 2020. - V. 531. - Art № 125364. - 5 p. doi: 10.1016/j.jcrysgro.2019.125364.
  4. Zhou, Y. Domain switching and polarization fatigue in rhombohedral PIN-PMN-PT and Mn-doped PIN-PMN-PT single crystals / Y. Zhou, Q. Li, F. Zhuo et al. // Journal of the American Ceramic Society. - 2019.- V. 102. - I. 11. - P. 6668-6679. doi: 10.1111/jace.16461.
  5. Ma, M. Enhanced transverse piezoelectric properties by composition and poling electric field induced phase transition in PIN-PMN-PT single crystal near morphotropic phase boundary / M. Ma, S. Xia, K. Song, et al. // Journal of Applied Physics. - 2021. - V. 130. - I. 6. - Art. № 064101. doi: 10.1063/5.0055416.
  6. Камзина, Л.С. Трансформация физических свойств кристаллов PbIn1/2Nb1/2O3-PbMg1/3Nb2/3O3-PbTiO3 в электрическом поле / Л.С. Камзина, Л.А. Кулакова // Физика твёрдого тела. - 2015. - Т. 57. - Вып. 11.- С. 2164-2170.
  7. Лайнс, М. Сегнетоэлектрики и родственные им материалы / М. Лайнс, А. Гласс; пер. с англ. под ред. В. В. Леманова, Г. А. Смоленского. - М.: Мир, 1981. - 736 c.
  8. Яффе, Б. Пьезоэлектрическая керамика / Б. Яффе, У. Кук, Г. Яффе; пер. с англ. под ред. Л.А. Шувалова. - М.: Мир. 1974. - 288 с.
  9. Камзина, Л.С. Оптические и акустические свойства монокристаллов 33PbIn1/2Nb1/2O3-35PbMg1/3Nb2/3O3-32PbTiO3 в электрическом поле / Л.С. Камзина, Л.А. Кулакова, H. Luo // Физика твёрдого тела. - 2014. - Т. 56. - Вып. 9. - С. 1809-1815.
  10. Wan, Y. Temperature and DC bias dependence of the phase transition behavior of [011]- and [001]-oriented PIN-PMN-PT single crystals with MPB composition / Y. Wan, Z. Li, M. Ma et al. // Journal of Materials Research. - 2018. - V. 33. - I. 23. - P. 4053-4061. doi: 10.1557/jmr.2018.341.
  11. Wan, Y. Temperature and DC bias dependences of dielectric behavior of different oriented 0.23PIN-0.52PMN-0.25PT single crystals / Y. Wan, Z. Li, M. Ma et al. // Journal of Electronic Materials. - 2018.- V. 47. - I. 7. - P. 6282-6288. doi: 10.1007/s11664-018-6401-8.
  12. Камзина, Л.С. Эволюция диэлектрических и оптических свойств в монокристаллах PbIn1/2Nb1/2O3-PbMg1/3Nb2/3O3-PbTiO3 в электрическом поле / Л.С. Камзина, H. Luo // Физика твёрдого тела. - 2013.- Т. 55. - Вып. 10. - С. 1956-1961.
  13. Богомолов, А.А. Физика сегнетоэлектрических явлений / А.А. Богомолов, В.В. Иванов. - Тверь. ТвГУ, 2014. - 160 с.
  14. Иванова, А.И. Температурные наблюдения эволюции доменной структуры триглицинсульфата методами РЭМ / А.И. Иванова, Р.М. Гречишкин, Н.Н. Большакова, В.А. Беляков // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. - 2015. - № 9. - С. 49-53. doi: 10.7868/S0207352815090073.
  15. Термоиндуцированные процессы переключения монокристаллов PIN-PMN-PT / Н. Н. Большакова, В. В. Иванов, А. И. Иванова [и др.] // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2017. - № 9. - С. 114-120. - doi: 10.26456/pcascnn/2017.9.114. - EDN YMBWVC.
  16. Yang, Y. Scaling relations of domain reversal dynamics in rhombohedral and tetragonal PIN-PMN-PT ferroelectric single crystals / Y. Yang, E. Sun, H. Zheng et al. // Applied Physics Letters. - 2021. - V. 119.- I. 18. - Art. № 182902. doi: 10.1063/5.0067955.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).