1. Structural observation of piezoelectric inhomogeneity in a mixed-orientation Na0.5Bi0.5TiO3 perovskite thin film
- Author
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Alexandre Boulle, Thomas W. Cornelius, Genziana Bussone, M. Bousquet, Brice Gautier, Jean-René Duclere, Anastasios Pateras, Dina Carbone, Paul G. Evans, European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), National Technical University of Athens [Athens] (NTUA), University of Wisconsin-Madison, Institut des Matériaux, de Microélectronique et des Nanosciences de Provence (IM2NP), Université de Toulon (UTLN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Aix Marseille Université (AMU), Science des Procédés Céramiques et de Traitements de Surface (SPCTS), Université de Limoges (UNILIM)-Ecole Nationale Supérieure de Céramique Industrielle (ENSCI)-Institut des Procédés Appliqués aux Matériaux (IPAM), Université de Limoges (UNILIM)-Université de Limoges (UNILIM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Axe 3 : organisation structurale multiéchelle des matériaux (SPCTS-AXE3), Université de Limoges (UNILIM)-Université de Limoges (UNILIM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Limoges (UNILIM)-Ecole Nationale Supérieure de Céramique Industrielle (ENSCI)-Institut des Procédés Appliqués aux Matériaux (IPAM), INL - Dispositifs Electroniques (INL - DE), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Aix Marseille Université (AMU)-Université de Toulon (UTLN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Lyon-École Supérieure de Chimie Physique Électronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), and Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
- Subjects
Materials science ,Piezoelectric coefficient ,Physics and Astronomy (miscellaneous) ,Piezoelectric fields ,02 engineering and technology ,01 natural sciences ,[SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials ,[SPI]Engineering Sciences [physics] ,Electric field ,Polarization ,0103 physical sciences ,Piezoelectric films ,Thin film ,[SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics ,Perovskite (structure) ,010302 applied physics ,Condensed matter physics ,Crystal structure ,021001 nanoscience & nanotechnology ,Polarization (waves) ,Microstructure ,Ferroelectric thin films ,Ferroelectricity ,Piezoelectricity ,Crystallography ,[SPI.OPTI]Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic ,0210 nano-technology - Abstract
International audience; Thin films of the lead-free ferroelectric Na0.5Bi0.5TiO3 grown on thin-film Pt electrodes supported by SrTiO3 substrates have a complex microstructure consisting of crystalline grains with three distinct major crystallographic orientations. The piezoelectric response measured in spatially separated sub-micron grains using time-resolved synchrotron x-ray microdiffraction is highly inhomogeneous even among grains sharing the same major orientation. The piezoelectric coefficient d33 varies by nearly a factor of two in a series of areas sharing the 〈001〉 orientation. The piezoelectric inhomogeneity is linked to the peculiar microstructure of the film, arising from local variations in the stress imposed by surrounding grains with different crystallographic orientations and differing directions of the ferroelectric remnant polarization. A systematic nonlinearity of the piezoelectric strain is observed in applied electric fields with small magnitudes in all regions, consistent with the coexistence of domains of differing polarization direction at zero applied electric field.
- Published
- 2014
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