Dielectric relaxation, electrostrictive properties and Raman light scattering in PbZrO3 and PbHfO3 single crystals pure and doped with small amount of PbTiO3

UnavailableLe travail de recherche est une étude de la relaxation diélectrique, des propriétés électrostrictives et de la diffusion de lumière Raman dans deux systèmes pérovskites à base de plomb dopés au titane : _ le système PbZrO3 pur ou faiblement dopé par des ions de Ti _ le système PbHfO3 pur ou faiblement dopé par des ions de Ti qui ont comme caractéristique commune de présenter une (pour PbZrO3) voire deux (pour PbHfO3) transitions de phase structurales vers des phases anti-ferroélectriques (AFE). Le but des travaux de la thèse est d'étudier expérimentalement et théoriquement les transitions de phase structurales exhibées par les deux systèmes, et notamment celles menant à des phases AFE, ainsi que d'en comprendre les mécanismes. Pour arriver à ces objectifs, il a été mis en œuvre des mesures de relaxation diélectrique, des propriétés électrostrictives et de diffusion de lumière Raman, cela dans des intervalles de températures allant 10 k à 700 k et dans des gammes de fréquences de 10 hz à 10 mhz pour les mesures diélectriques et électrostrictives. Les différentes mesures ont été réalisées sur des monocristaux purs de PbZrO3 et de PbHfO3 et sur des monocristaux présentant de faible dopage (de l'ordre de 1%) en ions Ti. Le développement de la thèse comporte quatre parties détaillant les différentes phases du travail. Le premier chapitre, consacré à un rappel des propriétés diélectriques et structurales des deux systèmes étudiés, pose l'objet scientifique de l'étude envisagée en la situant dans le champ des connaissances déjà acquises et en posant les problèmes non résolus et abordes. Le second chapitre du mémoire est consacré aux propriétés diélectriques des cristaux étudiés. A partir des éléments théoriques essentiels concernant les fonctions de susceptibilités diélectriques de matériaux isolants et du rappel des conditions et dispositifs expérimentaux mis en œuvre, ce chapitre donne un aperçu systématique des résultats expérimentaux obtenus. Une forte relaxation a été mise en évidence à la basse fréquence et est attribuée à des processus de type électrochimique. Les échantillons étudiés présentent également la propriété commune d'une dispersion diélectrique significative dans le domaine du khz attribuée aux impuretés et à des désordres dans le sous-réseau des ions oxygène. Le troisième chapitre du mémoire décrit les études électromécaniques entrepris sur les systèmes cristallins analyses et montre l'apparition, simultanément aux relaxations dipolaires, de dispersions de la déformation électrostrictive. Le quatrième chapitre de la thèse, concernant une étude expérimentale systématique de la diffusion de lumière Raman met en évidence l'existence d'amas dipolaires dynamiques dans la phase paraélectrique ainsi que l'occurrence d'un mode ferroélectrique mou. Par ailleurs, les contributions respectives des dynamiques phononiques et relaxationnelles sont analysées lors de la transition de phase PE - AFE2 - AFE

Special Issue: Emerging Dielectric, Piezoelectric, and Ferroelectric Ceramic and Crystalline Materials and Their Applications

Materials Physics: Emerging Dielectric, Piezoelectric, and Ferroelectric Ceramic and Crystalline Materials and their Applications is an open Special Issue of Materials, which aims to publish original and review papers on new scientific and applied research and make great contributions to the identification and understanding of ceramic and crystalline materials which today enable applications that were previously virtually unimaginable [...

Thermal hysteresis of local instabilities in paraelectric phase of PbZr0.96_{0.96}Sn0.04_{0.04} O3_{3} single crystals

Investigations of local electromechanical properties for PbZr1− x Sn x O3 single crystals are a way to understand better the phase transition mechanisms in oxide perovskites with antiferroelectric phase transition. The investigations of local electromechanical studies were performed by the PEFM. The piezoelectric activity in nano-scale and weak birefringence observed in micro-scale have been found in the paraelectric phase and are a proof for theoretically predicted local instability above T C [A. Bussmann-Holder et al., Phys. Rev. B 79, 184111 (2009)]. Origin of these instabilities is analysed taking into account non-homogeneous distribution of Sn in crystal lattice, presence of extended defects and other lattice inhomogeneities. Temperature dependences and thermal hysteresis of piezo- and electrostrictive responses were compared with bulk properties

Thermal hysteresis of local instabilities in paraelectric phase of PbZr 0.96

Investigations of local electromechanical properties for PbZr1− x Sn x O3 single crystals are a way to understand better the phase transition mechanisms in oxide perovskites with antiferroelectric phase transition. The investigations of local electromechanical studies were performed by the PEFM. The piezoelectric activity in nano-scale and weak birefringence observed in micro-scale have been found in the paraelectric phase and are a proof for theoretically predicted local instability above T C [A. Bussmann-Holder et al., Phys. Rev. B 79, 184111 (2009)]. Origin of these instabilities is analysed taking into account non-homogeneous distribution of Sn in crystal lattice, presence of extended defects and other lattice inhomogeneities. Temperature dependences and thermal hysteresis of piezo- and electrostrictive responses were compared with bulk properties

Long-Term Isothermal Phase Transformation in Lead Zirconate

Lead zirconate PbZrO3 has been the subject of research interest for several dozen years. Recently, even its antiferroelectric properties have started to be questioned, and many researchers still deal with the so-called intermediate phase below Curie temperature (TC), whose existence is not fully understood. It turns out that PbZrO3 doped with Nb exhibits below TC phases with complex domain structures. One of them undergoes self-organization taking place at a constant temperature, and transforms, after several minutes, into a lower phase. This isothermal transition was investigated through dielectric, pyroelectric current and Raman scattering measurements. Discontinuities accompanied it in the permittivity and pyroelectric current. The obtained Raman spectra proved that those discontinuities are strictly linked with the isothermal transition between two intermediate phases. The ordering process in lead sublattice stimulated by thermal fluctuations is discussed as a driving force for this peculiar phenomenon