The present work is aimed for dielectric investigation of undoped and gadolinium-substituted Aurivillius-structure bismuth titanates Bi₄Ti₃O₁₂ (BIT) and Bi_2.5Gd_1.5Ti₃O₁₂ (BGT). The measurements were performed as a function of both frequency and temperature in the frequency range of 20 Hz – 1 MHz and in the temperature range of 30–1100 K. Obtained results can be divided into two parts: the low temperature part, where the glass like dispersion occurs, and the high temperature part, where high electrical conductivity dominates. The activation energies for the presumably oxygen vacancies migration-related conductivity is E_A = 0.73 eV for Bi₄Ti₃O₁₂ and E_A = 0.98 eV for Bi_2.5Gd_1.5Ti₃O₁₂ [1].

Keywords: Aurivillius structure, ferroelectrics, ceramics
PACS: 77.22.-d, 77.22.Ch, 77.22.Gm

AURIVILIJAUS SANDAROS Bi_4-xGd_xTi₃O₁₂ KERAMIKŲ DIELEKTRINĖS SAVYBĖS
E. Palaimienė^a, J. Banys^a, V.A. Khomchenko^b, K. Glemža^a
aVilniaus universito Fizikos fakultetas, Vilnius, Lithuania
^bKoimbros universiteto Mokslo ir technologijos fakultetas, Koimbra, Portugalija

Naujos Aurivilijaus struktūros multiferoinės medžiagos yra perspektyvūs junginiai. Aurivilijaus struktūrą turinčios medžiagos yra labai svarbios dėl plataus jų pritaikymo feroelektriniams, pjezoelekriniams, mikroelektromechniniams įtaisams. Viena iš tokių medžiagų yra Bi₄Ti₃O₁₂ (BIT). Buvo pabandyta į BIT struktūrą įterpti magnetinių savybių turintį retųjų žemių metalą gadolinį (Gd). Šiame darbe publikuojami Bi₄Ti₃O₁₂ (BIT) ir Bi_4-xGd_xTi₃O₁₂ (x = 1,5) (BGT) dielektriniai tyrimai.
Tyrimai atlikti dielektrinės spektroskopijos metodu 20 Hz – 1 MHz dažnių diapazone esant 30 K – 1 100 K temperatūrai. Žemų dažnių srityje, aukštoje temperatūroje, BGT ir BIT keramikose aiškiai matyti dominuojantys laidumo reiškiniai. Apskaičiuota aktyvacijos energija yra lygi E_A = 0,73 eV (Bi₄Ti₃O₁₂).

References / Nuorodos

[1] E. Masiukaitė, J. Banys, R. Sobiestianskas, T. Ramoska, V.A. Khomchenko, and D.A. Kiselev, Conductivity investigations of Aurivillius-type Bi_2.5Gd_1.5Ti₃O₁₂ ceramics, Solid State Ionics 188(1), 50–52 (2011),
http://dx.doi.org/10.1016/j.ssi.2010.10.027
[2] B. Aurivillius, Mixed bismuth oxides with layer lattices. II. Structure of Bi₄Ti₃O₁₂, Arkiv Kemi 1(6), 499 (1949)
[3] Y. Ding, J.S. Liu, H.X. Qin, J.S. Zhu, and Y.N. Wang, Why lanthanum-substituted bismuth titanate becomes fatigue free in a ferroelectric capacitor with platinum electrodes, Appl. Phys. Lett. 78(26), 4175 (2001),
http://dx.doi.org/10.1063/1.1381038
[4] Y. Shi, S. Feng, and C. Cao, Hydrothermal synthesis and characterization of Bi₂MoO₆ and Bi₂WO₆, Mater. Lett. 44(3–4), 215–8 (2000),
http://dx.doi.org/10.1016/S0167-577X(00)00030-6
[5] T. Rentschler, Substitution of lead into the bismuth oxide layers of the N=2- and N=3-Aurivillius phases, Mater. Res. Bull. 32(3), 351–369 (1997),
http://dx.doi.org/10.1016/S0025-5408(96)00198-5
[6] V.A. Khomchenko, G.N. Kakazei, Y.G. Pogorelov, J.P. Araujo, M.V. Bushinsky, D.A. Kiselev, A.L. Kholkin, and J.A. Paixão, Effect of Gd substitution on ferroelectric and magnetic properties of Bi₄Ti₃O₁₂, Mater. Lett. 64(9), 1066–1068 (2010),
http://dx.doi.org/10.1016/j.matlet.2010.02.016
[7] A. Dziaugys, J. Banys, J. Macutkevic, Yu. Vysochanskii, I. Pritz, and M. Gurzan. Phase transitions in CuBiP₂Se₆ crystals. Phase Transitions 84(2), 147–156 (2011),
http://dx.doi.org/10.1080/01411594.2010.526083
[8] U.T. Hochli, K. Knorr, and A. Loidl, Orientational glasses, Adv. Phys. 39(5), 405–615 (1990),
http://dx.doi.org/10.1080/00018739000101521
[9] R.H. Chen, C.C. Yen, C.S. Shern, and T. Fukami, Impedance spectroscopy and dielectric analysis in KH₂PO₄ single crystal, Solid State Ionics 177(33–34), 2857–2864 (2006),
http://dx.doi.org/10.1016/j.ssi.2006.05.053