Indentation-induced local polarization reversal in La doped BiFeO3 ceramics

Stress-induced local polarization reversal was studied in La doped BiFeO3 ceramics under the action of indentation. Piezoresponse force microscopy was used for study of domain struc-ture before and after local polarization reversal. Two mechanisms of domain formation were revealed: (1) direct stress-induced and (2) stress mediated by grain clamping. Critical stress value for local polarization reversal was extracted from the dependence of the switched area on the applied loading force.The equipment of the Ural Center for Shared Use “Modern nanotechnology” Ural Federal University was used. The study was funded by RFBR (grant No. 17-52-04074) and BRFFR (grant No. F17RM-036), by Government of the Russian Federation (Act 211, Agreement 02.A03.21.0006). This work was developed within the scope of the project CICECO-Aveiro Institute of Materials, POCI-01-0145-FEDER-007679 (FCT Ref. UID/CTM/50011/2013), financed by national funds through the FCT/MEC and when appropriate co-financed by FEDER under the PT2020 Partnership Agreement. This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation program under the Marie Skłodowska-Curie grant agreement No 778070

Кристаллическая структура, пьезоэлектрические и магнитные свойства твердых растворов BiMn1-xFexO3 (x ≤ 0.4)

Сrystal structure, piezoelectric and magnetic properties of solid solutions BiMn1-xFexO3 (x ≤ 0.4) prepared by solid-phase reactions from a stoichiometric mixture of simple oxides at high pressures and temperatures have been studied. The structure of the compounds is characterized by the concentration driven phase transition from the monoclinic structure to the orthorhombic structure at x ≈ 0.2; wherein the ordering dz2 of the orbitals of Mn3+ ions is destroyed, and the inhomogeneous magnetic state is stabilized. Solid solutions with 0.2 ≤ x ≤ 0.4 are characterized by a nonzero piezoelectric response, wherein both ferroelectric and magnetic domain structures exist, the ferroelectric switching voltage decreases with an increase of iron ions concentration, while the residual magnetization value decreases. The maximum value of the piezoresponse signal is observed in the compound BiMn0.7Fe0.3O3. The work clarifies the relationship between the chemical composition, the crystal structure, piezoelectric and magnetic properties of solid solutions BiMn1-xFexO3. The presence of both magnetic and electric dipole ordering indicates the perspectives for the practical usage of such materials. Исследована кристаллическая структура, пьезоэлектрические и магнитные свойства твердых растворов BiMn1-xFexO3 (x ≤ 0,4), полученных методом твердофазных реакций из стехиометрической смеси простых оксидов при высоких давлениях и температурах. Структура составов характеризуется наличием концентрационного фазового перехода из моноклинной структуры в орторомбическую. Появление орторомбической фазы регистрируется при концентрации x ≈ 0,2, при этом начинает разрушаться упорядочение dz2 орбиталей ионов Mn3+, что приводит к стабилизации неоднородного магнитного состояния. Твердые растворы с 0,2 ≤ x ≤ 0,4 характеризуются ненулевым пьезоэлектрическим откликом, причем составы обладают как сегнетоэлектрической, так и магнитной доменной структурой, напряжение сегнетоэлектрического переключения уменьшается с увеличением концентрации железа, а остаточная намагниченность уменьшается. Максимальный сигнал пьезоотклика наблюдается в твердом растворе BiMn0,7Fe0,3O3. В работе уточнена взаимосвязь между химическим составом, типом кристаллической структуры, пьезоэлектрическими и магнитными свойствами твердых растворов BiMn1-xFexO3. Наличие одновременно магнитного и электрического дипольного упорядочения свидетельствует о перспективах практического использования таких материалов

Кристаллическая структура системы твердых растворов (1-y)(BiFeO3)-y(Ba1-xSrxTiO3)

The crystal structure of the system of (1-y)(BiFeO3)-y(Ba1-xSrxTiO3)  (0 ≤ x ≤1; 0,2 ≤ y ≤ 0,4) solid solutions was studied based on the X-ray diffraction data and the scanning electron microscopy results. The obtained results have allowed determining the concentration ranges of a single-phase structural state, as well as the regions of coexistence of two structure phases. It is shown that an increase in the concentration of the dopant ions leads to a decrease in rhombohedral distortions. The structure of the compounds with y = 0.25-0.33 is characterized by the coexistence of the rhombohedral and pseudocubic phases. Further chemical doping leads to the transformation of the structure; it becomes single-phase and has a cubic symmetry.  Splitting of the reflections specific to the rhombohedral phase completely disappears for the compounds with y = 0.35; 0.40. Particular attention is paid to the analysis of the structure of solid solutions in the region of the concentration phase transition. The evolution of crystallite morphology was determined as a function of the type of structure distortions and dopants concentration.Кристаллическая структура система: твердых растворов (1-y)(BiFeO3)-y(Ba1-xSrxTiO3)  (0 ≤  x ≤ 1; 0,2 ≤  y ≤  0,4) определена на основании данных, полученных методом дифракции рентгеновского излучения, а также результатов сканирующей электронной микроскопии. Полученные результаты позволили уточнить концентраццонные области однофазного структурного состояния, а также области сосуществования двух структурных фаз в исследуемой системе. Показано, что увеличение концентрации ионов-заместителей приводит к уменьшению ромбоэдрических искажений. Структуру составов c у = 0,25-0,33 можно уточнить, предполагая сосуществование ромбоэдрической и псевдокубической фаз. Дальнейшее замещение приводит к трансформации структуры, она становится однофазной с кубической симметрией. Расщепление рефлексов, характеризующих ромбоэдрическую фазу, полностью исчезает для составов с у = 0,35; 0,40. Особое внимание уделено анализу структуры твердых растворов в области концентрационного фазового перехода. Определена эволюция морфологии кристаллитов в зависимости от типа структурных искажений и концентрации ионов стронция