Significantly enhanced hybrid improper ferroelectricity of Ca3Ti2O7 ceramics by the oxygen vacancy engineering

The origin of microstructural inhomogeneity in vacuum‐sintered ZrO2‐doped Lu2O3 transparent ceramics

“…In general, the oxygen atoms on the surface of metal oxide are easier to escape during high‐temperature nonoxygen‐rich sintering 44,45 . During high‐temperature sintering process of Lu 2 O 3 ceramics, the oxygen‐deficient state near the surface facilitates gradual transformation of lattice oxygen on the sample's surface into oxygen (O 2 ) and oxygen vacancy ($${{\mathrm{O}}}_{\mathrm{o}} \to {\mathrm{V}}_{\mathrm{o}}^{{\mathrm{ \bullet \bullet }}}{\mathrm{ + 1/2}}{{\mathrm{O}}}_{\mathrm{2}} \uparrow {\mathrm{ + 2e^{\prime}}}$$) 19,46 . When more oxygen vacancies accumulate on the sample's surface, long‐time high‐temperature sintering promotes the migration of oxygen vacancies to the sample's interior, and the lattice oxygen in the interior migrates to the surface.…”

“…44,45 During high-temperature sintering process of Lu 2 O 3 ceramics, the oxygen-deficient state near the surface facilitates gradual transformation of lattice oxygen on the sample's surface into oxygen (O 2 ) and oxygen vacancy (O o → V •• o +1∕2O 2 ↑ +2e ′ ). 19,46 When more oxygen vacancies accumulate on the sample's surface, long-time high-temperature sintering promotes the migration of oxygen vacancies to the sample's interior, and the lattice oxygen in the interior migrates to the surface. In this way, the lattice oxygen backfills oxygen vacancy at the surface layer, allowing for thermodynamic stability of oxygen migration in the surface layer.…”

Physical mechanism of Ge doping enhanced Ruddlesden-Popper structure quasi-2D Sr₃Sn₂O₇ ceramic hybrid improper ferroelectricity

“…2.1 样品的制备方法 根据目前已有文献报道 [13][14][15] [16,17] ，采用基于固体的 Perdew-Burke-Ernzerh(PBEsol)泛函 [18] 和广义梯度近似(GGA) ，布里渊区采用以 Γ 为中心的 6×6×2 的 k 点网格，平 面波截止能量为 500 eV。能带计算使用 Becke-Johnson 交换关联势 [19] 结合局域密 度近似(MBJ-LDA) 。使用微扰密度泛函方法(DFPT) [20] 结合 Phonopy 代码 [21] 在 2×2×1 的 Sr3Sn2O7 超胞上计算声子谱。采用基于 Berry 相位法 [22] 的现代极化 理论和波恩有效电荷模型 [23] 分别计算了铁电极化，结构优化和电子自洽的收敛标 准分别为 0.01 和 10 −5 eV/Å，使用 Bilbao Crystallographic server 进行群理论分析 及红外和 Raman 活性的判断 [24] ， 使用 Phonopy-Spectroscopy 代码 [25] 计算了具有红 外和 Raman 活性的声子强度，晶体结构的可视化使用 VESTA 软件 [26] 。 因此为了进一步分析 Ge 4+ 离子掺杂对 Sr3Sn2O7 陶瓷的晶体结构的影响， 我们 利用 FullProf 软件 [27] 对 XRD 结果进行 Rietveld 拟合精修，如图 1(a)所示。精修结 果表明所有样品的衍射峰除少量杂质相外，均与空间群 A21am 匹配，形成了 n=2 的 R-P 型结构，图中标记了主要衍射峰的晶面指数。在 Sr3Sn1.99Ge0.01O7 陶瓷样品 中，(004)和(0010)峰强度均比拟合的值要大，表明 Ge 的掺杂增强了样品沿着 c 轴方向择优取向。表 1 给出了通过 Rietveld 精修获得的结构参数的详细信息，可 以看到晶胞参数 c 和体积 V 随着离子半径更小的 Ge 元素的掺杂而减小，类似的 趋势在以往的研究中也有报道 [6] 。图 1(c)和(d)分别显示了氧八面体的倾侧(θT) [10] ，Ge 掺杂后，氧八面体倾侧角度增大，因此影响了 Sr3Sn1.99Ge0.01O7 的自发极化。而氧 八面体旋转角度通常会影响此类材料的矫顽场 [11,12] ，因此氧八面体旋转模式角度 的减小可能会使得 Sr3Sn2O7 陶瓷的矫顽场降低，这些与后文中我们所观测到的铁 电性能变化一致。Sn-O1-Sn 键角随着 Ge 掺杂而减小，这可能与晶体结构的容忍 因子 ( ) ( )…”

Impact of High Heat Treatment on Ferroelectric Materials Properties: Ba1−xSrxTiO3 as a Model

“…3 These materials are active elements in various piezoelectric devices, performing functions like sensing and actuation. 4 The output-versus-input graph enters a hysteresis loop when the input parameter is cycled. A dynamic lag between the output and the input can cause hysteresis.…”