Morphotropic phase boundary-like properties in a ferroelectric-paraelectric nanocomposite

铁电性 压电 材料科学 电介质 相界 压电系数 凝聚态物理 纳米复合材料 相(物质) 复合材料 化学 光电子学 物理 有机化学
作者
Yao Liu,Zhuo Xu,Lijun Liu,Fei Li
出处
期刊:Journal of Applied Physics [American Institute of Physics]
卷期号:126 (12) 被引量:7
标识
DOI:10.1063/1.5113623
摘要

High dielectric and piezoelectric properties of solid-solution ferroelectrics around a morphotropic phase boundary (MPB) have attracted considerable attention in the last 60 years. Previous studies on MPB generally focused on a phase boundary between two ferroelectric phases, attributing enhanced dielectric/piezoelectric response to both intrinsic and extrinsic contribution. However, contribution from interfacial effects among the regions with different ferroelectric phases has not been fully considered. Therefore, it is valuable to study dielectric/piezoelectric responses in a ferroelectric-paraelectric system, where interfaces among different polar states may have a strong influence on the averaged free energy profile. In this paper, the piezoelectric response of a ferroelectric-paraelectric nanocomposite, i.e., the xSrTiO3-(1−x)BaTiO3 system, is systematically studied. By phase-field simulations, domain evolution of the xST-(1−x)BT composite poled along the [001] and [011] axis is presented with respect to the applied electric field. The piezoelectric strain coefficient of the xSrTiO3-(1−x)BaTiO3 composites is found to first increase and then decrease with increasing the parameter x, which is similar to that observed in ferroelectric solid solutions with a MPB. Finally, the temperature-dependent piezoelectric responses of the composites are also simulated, where a compromise between the room-temperature piezoelectricity and the thermal stability is observed. This work may benefit the design of the ferroelectric-paraelectric composite.

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