Local structure in a relaxor ferroelectric : BaTi(1-x)Zr(x)O3

Abstract

Octobre 2007Relaxor ferroelectrics are characterized by a large, frequency-dependent peak of the dielectric permittivity as a function of temperature. This behaviour is generally attributed to the presence of nanometre-sized polar regions. One of the experimental challenges is the determination of the structural nature of such regions, which requires the use of local structural probes. This manuscript presents the study of the local structure in the perovskite-type relaxor ferroelectrics BaTi1-xZrxO3 (0.25 ≤ x ≤ 0.50), by means of X-ray absorption (EXAFS and XANES) and pair distribution function determination from neutron total scattering. We could determine the Ti4+ and Zr4+ cation displacements with respect to the centre of their oxygen cage. The main result is that the Ti4+ cations play a major role in the local polarisation in BaTi1-xZrxO3 relaxors. Moreover, it is shown that the deformation of the ZrO6 octahedra directly depends on the local distribution of the Ti and Zr atoms in the solid solution.Les ferroélectriques relaxeurs se caractérisent par un large pic de permittivité en fonction de la température, dépendant de la fréquence du champ de mesure. Ce comportement est généralement attribué à la présence de régions polaires de taille nanométrique. L'un des enjeux expérimentaux est la détermination de la nature structurale de ces régions, nécessitant entre autres l'utilisation de sondes de la structure locale. L'objet de ce travail est l'étude de la structure locale dans les pérovskites relaxeurs BaTi1-xZrxO3 (0.25 ≤ x ≤ 0.50), présentant une substitution isovalente Ti4+/Zr4+. Les techniques expérimentales utilisées sont l'absorption des rayons X (EXAFS et XANES) et la détermination de la fonction de distribution de paires par diffusion totale des neutrons. Les déplacements des cations Ti4+ et Zr4+ dans leur cage d'oxygènes ont pu être déterminés. Le principal résultat est que les cations Ti4+ jouent un rôle majeur dans la polarisation locale des relaxeurs BaTi1-xZrxO3. Par ailleurs, il est montré que la déformation des octaèdres ZrO6 dépend directement de la répartition locale des Ti et des Zr dans la solution solide