Domain-Enhanced Energy Storage, Piezoelectric, and Dielectric Properties in Pb(Zr0.52Ti0.48)O3/SrTiO3 Ferroelectric Superlattices

超晶格 材料科学 铁电性 电介质 压电 脉冲激光沉积 储能 光电子学 压电响应力显微镜 凝聚态物理 纳米技术 薄膜 复合材料 量子力学 物理 功率(物理)
作者
Yanan Chen,Jinrui Guo,Bin He,Peng Zhang,Chaoqun Shi,Yue Han,Qixiang Wang,Hongyuan Fang,Jiale Han,Weiming Lü
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:127 (7): 3830-3836 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.2c08649
摘要

The domain structure and ferroelectric properties are highly sensitive to interfacial strain and electrostatic interaction in the ferroelectric superlattices. Here, we fabricated a series of [Pb(Zr0.52Ti0.48)O3]m/[SrTiO3]3 (PZTm/STO3) ferroelectric superlattices (m = 2, 3, 6... unit cells) on SrTiO3 (001) substrates by pulsed laser deposition. Compared with pure PZT films, the energy storage density, piezoelectric properties, and dielectric constant of the superlattice are improved. Particularly, the energy storage density, which is increased by about 158%. The modulation of PZT/STO superlattice period thickness effectively improves its dielectric and relaxation properties, which in turn enhances its energy density and efficiency. The mechanism underlying the excellent energy storage properties was revealed by the formation of nanodomains analyzed by a piezoresponse force microscope. Adjusting the electrostatic interactions by changing the periodic thickness of ferroelectric superlattices provides a promising strategy for the design of high-performance sensors and energy-storage devices.
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