PZN-PT 상전이에 관한 라만 연구

Abstract

Raman spectroscopy of the effect of the external electric field on the structural changes in the single crystalline Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-8%PbTiO3 (PZN-8%PT) is reported. Present results constitute a direct observation of the phase transition from rhombohedral to tetragonal structure due to applied electric field, as inferred from a previous strain versus electric field study[1]. PZN-x%PT is a relaxor based ferroelectric and PZN-8%PT is near the morphotropic phase boundary(MPB), where enhanced piezoelectric activity is observed. In Raman spectroscopy under the electric field between 0and 46 kV/cm applied in (001( direction, spectra show drastic changes in the intensities of the modes at near 100, 600 and 780 cm-1 at a certain value of the electric fields (Ec1). At this value of the electric fields, piezoelectric coefficient was observed to change abruptly in the strain versus electric field data. Careful analyses of the relative intensities of the various Raman modes reveal that there exists another critical field (Ec2). We suggest that there is a tetragonal-to-tetragonal morphotropic change at Ec2 from the symmetry point of view in Raman spectra. This is in agreement with the fact that there is a slope change in the strain versus electric field curve at the electric field near Ec2. The change in the Raman spectra under various electric fields are similar to those observed in the PZN-x%PT which also goes from the rhombohedral to tetragonal structure as x varies from 8 to 12%. These are also similar to those observed in the spectra taken at various temperatures below and above the critical temperature. These changes show that the strain induced by the applied electric field is causing the phase transition from the rhombohedral to tetragonal structure.;단결정 Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-8%PbTiO3(PZN-8%PT)의 외부 전기장에 의한 구조 변화를 라만 분광법으로 연구하였다. 본 논문의 결과는 시료에 가해준 전기장이 커짐에 따라 마름모 구조에서 정방정 구조로 구조 전이함을 직접적으로 보여주는 것으로서, 기존에 전기장 대 변형 실험 결과[1]로부터 가정되었던 구조 전이를 확인할 것이다. PZN-x%PT는 이완체가 기본이 되는 강유전체이며, PZN-8%PT는 거대한 압전 효과가 나타나는 구조적 상 경계 조성 물질이다. 전기장을 (001)방향으로 가해 얻은 라만 스펙트라는 특정 전기장(Ec1)에서 100근처, 600, 780 cm-1 모드가 큰 변화를 보인다. 전기장 대 변형 측정 자료에서도 이 전기장 값에서 압전 변형 상수가 크게 변한다. 라만 측정 결과를 자세히 분석하면 Ec1 이외에 또 하나의 임계 전기장(Ec2)이 존재함을 알 수 있다. 라만 스페트라 결과로 볼 때, Ec2에서는 정방정 구조에서 정방정 구조로 변화함을 짐작할 수 있다. Ec2는 전기장 대 변형 곡선에서 기울기가 약간 변하는 전기장 값과 같음을 확인하였다. PZN-x%PT (x=5,8,12)에서도 x값이 커감에 따라 마름모 구조에서 정방정 구조로 구조 변화하는데, x값에 따른 라만 스페트라 변화는 전기장 변화에 따른 라만 스펙트라 변화와 매우 유사하다 또한 PZN-x%PT 시료의 온도를 증가시켜도 상전이 온도 이하에서는 마름모 구조 상전이 온도 이상에서는 정방정 구조를 갖는 구조 변화를 보이는데, 이 때 보이는 라만 스펙트라의 변화도 전기장의 증가에 따른 라만 스펙트라 변화와 동일한 양상을 보인다. 이는 전기장에 의한 변형이 마름모 구조에서 정방정 구조로 구조 변화를 일으킴을 증명한다.