Stability and low-energy orientations of interphase boundaries in multiaxial ferroelectrics: Phase-field simulations

材料科学 铁电性 相间 压电 凝聚态物理 锆钛酸铅 相(物质) 对称(几何) 弹性能 铋铁氧体 电介质 物理 热力学 复合材料 光电子学 多铁性 遗传学 几何学 数学 量子力学 生物 冶金
作者
Yang Zhang,Fei Xue,Bo Wang,Jia‐Mian Hu,Shuai Dong,Jun‐Ming Liu,Long‐Qing Chen
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:105 (1) 被引量:5
标识
DOI:10.1103/physrevb.105.014108
摘要

The coexistence of different ferroelectric phases enables the tunability of the macroscopic properties and extensive applications from piezoelectric transducers to nonvolatile memories. Here we develop a thermodynamic model to predict the stability and low-energy orientations of boundaries between different phases in ferroelectrics. Taking lead zirconate titanate and bismuth ferrite as two examples, we demonstrate that the low-energy orientations of interphase boundaries are largely determined by minimizing the electrostatic and elastic energies. Phase-field simulations are employed to analyze the competition between the interfacial energy and the electrostatic and elastic energies. Our simulation results demonstrate that the lowering of crystal symmetry could occur due to the electrical and mechanical incompatibilities between the two phases, which can be used to explain the experimentally observed low-symmetry phases near morphotropic phase boundaries. Our work provides theoretical foundations for understanding and controlling the interphase boundaries in ferroelectric materials for multifunctional applications.
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