Microstructure and dielectric properties of BF–PFN ceramics with negative dielectric loss

Abstract

Multiferroics with negative value of dielectric constant are very promising materials because of their modern applicability. These materials can be used as materials for the construction of electromagnetic radiation shields. The subject of the research is multiferroic BiFeO 3-PbFe 1/2 Nb 1/2 O 3 (BF-PFN) ceramics. For all multiferroic materials the following studies are conducted: SEM, EDS and the temperature dependence of dielectric constant ε′(T). Above a certain temperature (different for different chemical compositions) the value of dielectric constant reaches negative values. Such the behavior of the dielectric constant may indicate that the polarization inside the material has a reverse direction to the external electric field. That is, the electric field inside the material counteracts the applied external electric field. The obtaining materials also show negative dielectric losses. The Axelrod model is used to explain the mechanism that causes negative dielectric loss.

Нано- И Микроструктуры С Равными Нулю Омическими Потерями В Спонтанно Поляризованном Состоянии

“…2, кривые 2, 3) независимо от частоты тока сдвиг по фазе между ЭДС u x (t) и током J(t) в цепи (т.е. напряжением на эталонном конденсаторе u y (t)) равен π. Это соответствует отрицательному значению величины W (аналогичному отрицательным диэлектрическим потерям [11][12][13]). Далее будет показано, что из-за отрицательного значения статической диэлектрической проницаемости порошка ε переменное электрическое поле не проникает в его объем.…”

“…Действительная часть относительной диэлектрической проницаемости ε' может быть отрицательной величиной из-за инерционных свойств носителей заряда [6,7]. Известны материалы с отрицательным значением диэлектрической проницаемости ε' [7][8][9][10][11][12]. В них могут наблюдаться отрицательные диэлектрические потери [11,12], например в случае керамических твердых растворов мультиферроика BiFeO 3 -PbFe 1/2 Nb 1/2 O 3 с зернами размером в несколько микрон.…”

“…Известны материалы с отрицательным значением диэлектрической проницаемости ε' [7][8][9][10][11][12]. В них могут наблюдаться отрицательные диэлектрические потери [11,12], например в случае керамических твердых растворов мультиферроика BiFeO 3 -PbFe 1/2 Nb 1/2 O 3 с зернами размером в несколько микрон. У них отрицательные значения диэлектрической проницаемости ε' и отрицательные диэлектрические потери наблюдаются в диапазоне частот 500 Гц-1 МГц при температуре выше 700 К. Диэлектрическая проницаемость увеличивается с ростом температуры до 643 К, а после фазового перехода «сегнетоэлектрик-параэлектрик» уменьшается с дальнейшим ростом температуры.…”

“…Величина ε' становится равной нулю при температуре 743 К для всех частот электрического поля. Дальнейшее повышение температуры приводит к отрицательной диэлектрической проницаемости ε' и отрицательным диэлектрическим потерям [12].…”

Crossover to Negative Dielectric Constant in Perovskite PrMnO3

“…Materials exhibiting NDC as a function of dopant also reported. [ 13 ] Even negative permittivity has a great potential in wave absorbing, wave transmission in antennas, and electromagnetic radiation shields. Further, materials showing NDC as a function of frequency, time, and even with an applied field are reported, but as a function of temperature has not been reported yet in AMnO 3 systems.…”