An n=7 Aurivillius phase, Sr4Bi4Ti7O24, with c=6.44nm, was synthesized as an epitaxial (001)-oriented film. This phase and its purity were confirmed by x-ray diffraction and transmission electron microscopy. The material is ferroelectric, with a Pr=5.3μC/cm2 oriented in the (001) plane and a paraelectric-to-ferroelectric transition temperature of TC=324K. Some indications of relaxorlike behavior are observed. Such behavior is out of character for Srn1Bi2TinO3n+3 Aurivillius phases and is closer to the bulk behavior of doped SrTiO3, implying a spatial limit to the elastic interlayer interactions in these layered oxides. A finite-element solution to the interpretation of data from interdigitated capacitors on thin films is also described.

1.
Y.
Moritomo
,
A.
Asamitsu
,
H.
Kuwahara
, and
Y.
Tokura
,
Nature (London)
380
,
141
(
1996
).
2.
C. A.
Paz de Araujo
,
J. D.
Cuchiaro
,
L. D.
McMillan
,
M. C.
Scott
, and
J. F.
Scott
,
Nature (London)
374
,
627
(
1995
).
3.
M. A.
Zurbuchen
,
R. S.
Freitas
,
M. J.
Wilson
,
P.
Schiffer
,
M.
Roeckerath
,
J.
Schubert
,
G. H.
Mehta
,
D. J.
Comstock
,
J. H.
Lee
,
Y.
Jia
, and
D. G.
Schlom
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
033113
(
2007
).
4.
K.
Koumoto
,
I.
Terasaki
, and
R.
Funahashi
,
MRS Bull.
31
,
206
(
2006
).
5.
J. G.
Bednorz
,
K. A.
Muller
, and
M.
Takashige
,
Science
236
,
73
(
1987
).
6.
M. A.
Zurbuchen
,
G.
Asayama
,
D. G.
Schlom
, and
S. K.
Streiffer
,
Phys. Rev. Lett.
88
,
107601
(
2002
).
7.
M.
Imada
,
A.
Fujimori
, and
Y.
Tokura
,
Rev. Mod. Phys.
70
,
1039
(
1998
).
8.
J. S.
Anderson
, in
The Chemistry of Extended Defects in Non-Metallic Solids: Proceedings of the Institute for Advanced Study on the Chemistry of Extended Defects in Non-Metallic Solids
, edited by
L.
Eyring
and
M.
O’Keefe
(
North-Holland
,
Scottsdale, AZ
,
1969
) pp.
1
20
.
9.
K. R.
Udayakumar
and
A. N.
Cormack
,
J. Am. Ceram. Soc.
71
,
C469
(
1988
).
10.
B. G.
Hyde
and
S.
Andersson
,
Inorganic Crystal Structures
(
Wiley-Interscience
,
New York
,
1989
).
11.
C. N. R.
Rao
and
B.
Raveau
,
Transition Metal Oxides: Structure, Properties, and Synthesis of Ceramic Oxides
, 2nd ed. (
Wiley-VCH
,
New York
,
1998
), pp.
61
226
.
12.
D. R.
Veblen
,
Am. Mineral.
76
,
801
(
1991
).
13.
R. J. D.
Tilley
,
J. Solid State Chem.
21
,
293
(
1977
).
14.
J. L.
Hutchison
,
J. S.
Anderson
, and
C. N. R.
Rao
,
Proc. R. Soc. London, Ser. A
355
,
301
(
1977
).
15.
J.
Drennan
,
C. P.
Tavares
, and
B. C. H.
Steele
,
Mater. Res. Bull.
17
,
621
(
1982
).
16.
J.
Gopalakrishnan
,
A.
Ramanan
,
C. N. R.
Rao
,
D. A.
Jefferson
, and
D. J.
Smith
,
J. Solid State Chem.
55
,
101
(
1984
).
17.
D. A.
Jefferson
,
M. K.
Uppal
,
C. N. R.
Rao
, and
D. J.
Smith
,
Mater. Res. Bull.
19
,
1403
(
1984
).
18.
C. N. R.
Rao
and
J. M.
Thomas
,
Acc. Chem. Res.
18
,
113
(
1985
).
19.
R. A.
Mohan Ram
,
L.
Ganapathi
,
P.
Ganguly
, and
C. N. R.
Rao
,
J. Solid State Chem.
63
,
139
(
1986
).
20.
J. M.
Tarascon
,
W. R.
McKinnon
,
P.
Barboux
,
D. M.
Hwang
,
B. G.
Bagley
,
L. H.
Greene
,
G. W.
Hull
,
Y.
LePage
,
N.
Stoffel
, and
M.
Giroud
,
Phys. Rev. B
38
,
8885
(
1988
).
21.
B.
Raveau
,
C.
Michel
, and
M.
Hervieu
, in
Advances in Superconductivity: Proceedings of the 1st International Symposium on Superconductivity (ISS ‘88)
, edited by
K.
Kitazawa
and
T.
Ishiguro
(
Springer-Verlag
,
Tokyo
,
1989
), pp.
151
157
.
22.
W. T.
Fu
,
H. W.
Zandbergen
,
Q.
Xu
,
J. M.
van Ruitenbeek
,
L. J.
de Jongh
, and
G.
van Tendeloo
,
Solid State Commun.
70
,
1117
(
1989
).
24.
R.
Ramesh
,
S.
Jin
, and
P.
Marsh
,
Nature (London)
346
,
420
(
1990
).
25.
A.
Nozaki
,
H.
Yoshikawa
,
T.
Wada
,
H.
Yamauchi
, and
S.
Tanaka
,
Phys. Rev. B
43
,
181
(
1991
).
26.
M. A.
Señaris-Rodriguez
,
A. M.
Chippindale
,
A.
Várez
,
E.
Morán
, and
M. A.
Alario-Franco
,
Physica C
172
,
477
(
1991
).
27.
R. J.
Cava
,
T.
Siegrist
,
B.
Hessen
,
J. J.
Krajewski
,
W. F.
Peck
, Jr.
,
B.
Batlogg
,
H.
Takagi
,
J. V.
Waszczak
,
L. F.
Schneemeyer
, and
H. W.
Zandbergen
,
J. Solid State Chem.
94
,
170
(
1991
).
28.
K.
Hawkins
and
T. J.
White
,
Philos. Trans. R. Soc. London, Ser. A
336
,
541
(
1991
).
29.
T.
Williams
,
F.
Lichtenberg
,
A.
Reller
, and
G.
Bednorz
,
Mater. Res. Bull.
26
,
763
(
1991
).
30.
A.
Schilling
,
M.
Cantoni
,
J. D.
Guo
, and
H. R.
Ott
,
Nature (London)
363
,
56
(
1993
).
31.
M.
Čeh
,
V.
Kraševec
, and
D.
Kolar
,
J. Solid State Chem.
103
,
263
(
1993
).
32.
S.
Adachi
,
H.
Yamauchi
,
S.
Tanaka
, and
N.
Môri
,
Physica C
212
,
164
(
1993
).
33.
Z.
Hiroi
,
M.
Takano
,
M.
Azuma
, and
Y.
Takeda
,
Nature (London)
364
,
315
(
1993
).
34.
X. -J.
Wu
,
S.
Adachi
,
C. -Q.
Jin
,
H.
Yamauchi
, and
S.
Tanaka
,
Physica C
223
,
243
(
1994
).
35.
P.
Laffez
,
G.
Van Tendeloo
,
R.
Seshadri
,
M.
Hervieu
,
C.
Martin
,
A.
Maignan
, and
B.
Raveau
,
J. Appl. Phys.
80
,
5850
(
1996
).
36.
M. A.
McCoy
,
R. W.
Grimes
, and
W. E.
Lee
,
Philos. Mag. A
75
,
833
(
1997
).
37.
R.
Seshadri
,
M.
Hervieu
,
C.
Martin
,
A.
Maignan
,
B.
Domenges
,
B.
Raveau
, and
A. N.
Fitch
,
Chem. Mater.
9
,
1778
(
1997
).
38.
S. D.
Bader
,
R. M.
Osgood
 III
,
D. J.
Miller
,
J. F.
Mitchell
, and
J. S.
Jiang
,
J. Appl. Phys.
83
,
6385
(
1998
).
39.
J.
Sloan
,
P. D.
Battle
,
M. A.
Green
,
M. J.
Rosseinsky
, and
J. F.
Vente
,
J. Solid State Chem.
138
,
135
(
1998
).
40.
K.
Szot
and
W.
Speier
,
Phys. Rev. B
60
,
5909
(
1999
).
41.
G.
Trolliard
,
N.
Ténèze
,
P.
Boullay
, and
D.
Mercurio
,
J. Solid State Chem.
177
,
1188
(
2004
).
42.
W.
Tian
,
X. Q.
Pan
,
J. H.
Haeni
, and
D. G.
Schlom
,
J. Mater. Res.
16
,
2013
(
2001
).
43.
C. D.
Theis
,
J.
Yeh
,
D. G.
Schlom
,
M. E.
Hawley
,
G. W.
Brown
,
J. C.
Jiang
, and
X. Q.
Pan
,
Appl. Phys. Lett.
72
,
2817
(
1998
).
44.
I.
Bozovic
and
J. N.
Eckstein
, in
Physics of High-Temperature Superconductors
, edited by
D.
Ginsberg
(
World Scientific
,
River Edge, NJ
,
1996
), Vol.
5
.
45.
J. H.
Haeni
,
C. D.
Theis
,
D. G.
Schlom
,
W.
Tian
,
X. Q.
Pan
,
H.
Chang
,
I.
Takeuch
, and
X. D.
Xiang
,
Appl. Phys. Lett.
78
,
3292
(
2001
).
46.
B.
Mercey
,
P. A.
Salvador
,
W.
Prellier
,
T. -D.
Doan
,
J.
Wolfman
,
J. -F.
Hamet
,
M.
Hervieu
, and
B.
Raveau
,
J. Mater. Chem.
9
,
233
(
1999
).
47.
D. P.
Norton
,
B. C.
Chakoumakos
,
D. H.
Lowndes
, and
J. D.
Budai
,
Appl. Surf. Sci.
96–98
,
672
(
1996
).
48.
B.
Frit
and
J. P.
Mercurio
,
J. Alloys Compd.
188
,
27
(
1992
).
49.
R. A.
Armstrong
and
R. E.
Newnham
,
Mater. Res. Bull.
7
,
1025
(
1972
).
50.
A.
Ohtomo
,
D. A.
Muller
,
J. L.
Grazul
, and
H. Y.
Hwang
,
Nature (London)
419
,
378
(
2002
).
51.
S. B.
Hendricks
,
Am. Mineral.
40
,
139
(
1955
).
52.
The subscript c indicates pseudocubic cell.
53.
M. A.
Zurbuchen
,
W.
Tian
,
X. Q.
Pan
,
D.
Fong
,
S. K.
Streiffer
,
M. E.
Hawley
,
J.
Lettieri
,
Y.
Jia
,
G.
Asayama
,
S. J.
Fulk
,
D. J.
Comstock
,
S.
Knapp
,
A. H.
Carim
, and
D. G.
Schlom
,
J. Mater. Res.
22
,
1439
(
2007
).
54.
T.
Kobayashi
,
Y.
Noguchi
, and
M.
Miyayama
,
Appl. Phys. Lett.
86
,
012907
(
2005
).
55.
G. N.
Subbanna
,
L.
Ganapathi
, and
C. N. R.
Rao
,
Mater. Res. Bull.
22
,
205
(
1987
).
56.
T.
Kikuchi
,
J. Less-Common Met.
52
,
163
(
1977
).
57.
T.
Kikuchi
,
J. Less-Common Met.
48
,
319
(
1976
).
58.
I. G.
Ismailzade
,
V. I.
Nesterenko
,
F. A.
Mirishli
, and
P. G.
Rustamov
,
Kristallografiya
12
,
400
(
1967
).
59.
S.
Horiuchi
,
T.
Kikuchi
, and
M.
Goto
,
Acta Crystallogr., Sect. A: Cryst. Phys., Diffr., Theor. Gen. Crystallogr.
33
,
701
(
1977
).
60.
K.
Muramatsu
,
M.
Shimazu
,
J.
Tanaka
, and
S.
Horiuchi
,
J. Solid State Chem.
36
,
179
(
1981
).
61.
P.
Boullay
and
D.
Mercurio
,
Integr. Ferroelectr.
62
,
149
(
2004
).
62.
R. E.
Newnham
,
R. W.
Wolfe
, and
J. F.
Dorrian
,
Mater. Res. Bull.
6
,
1029
(
1971
).
63.
D.
Hesse
,
N. D.
Zakharov
,
A.
Pignolet
,
A. R.
James
, and
S.
Senz
,
Cryst. Res. Technol.
35
,
641
(
2000
).
64.
S. T.
Zhang
,
Y. F.
Chen
,
H. P.
Sun
,
X. Q.
Pan
,
W. S.
Tan
,
Z. G.
Liu
, and
N. B.
Ming
,
J. Appl. Phys.
94
,
544
(
2003
).
65.
O.
Pérez
,
H.
Leligny
,
G.
Baldnozzi
,
D.
Grebille
,
M.
Hervieu
,
P.
Labbé
,
D.
Groult
, and
H.
Graafsma
,
Phys. Rev. B
56
,
5662
(
1997
).
66.
F. C.
Frank
,
Discuss. Faraday Soc
5
,
48
(
1949
).
67.
W. K.
Burton
,
N.
Cabrera
, and
F. C.
Frank
,
Philos. Trans. R. Soc. London, Ser. A
243
,
299
(
1951
);
68.
E. C.
Subbarao
,
J. Phys. Chem. Solids
23
,
665
(
1962
).
69.
E. C.
Subbarao
,
Phys. Rev.
122
,
804
(
1961
).
70.
J. F.
Fernández
,
A. C.
Caballero
,
M.
Villegas
,
J.
de Frutos
, and
L.
Lascano
,
Appl. Phys. Lett.
81
,
4811
(
2002
).
71.
Y.
Noguchi
,
M.
Miyayama
, and
T.
Kudo
,
Appl. Phys. Lett.
77
,
3639
(
2000
).
72.
S. T.
Zhang
,
Y. F.
Chen
,
H. P.
Sun
,
X. Q.
Pan
,
W. S.
Tan
,
Z. G.
Liu
, and
N. B.
Ming
,
J. Phys.: Condens. Matter
15
,
1223
(
2003
).
73.
D. B.
Jennet
,
P.
Marchet
,
M.
El Maaoui
, and
J. P.
Mercurio
,
Mater. Lett.
59
,
376
(
2005
).
74.
J.
Tellier
,
P.
Boullay
,
D. B.
Jennet
, and
D.
Mercurio
,
Solid State Sci.
10
,
177
(
2008
).
75.
G. I.
Skavani
,
Ia. M.
Ksendzov
,
V. A.
Trigubenko
, and
V. G.
Prokhvatilov
,
Sov. Phys. JETP
6
,
250
(
1958
).
76.
G. A.
Smolenskii
,
V. A.
Isupov
,
A. I.
Agranovskaya
, and
S. N.
Popov
,
Sov. Phys.: Solid State
2
,
2584
(
1967
).
77.
J. G.
Bednorz
and
K. A.
Muller
,
Phys. Rev. Lett.
52
,
2289
(
1984
).
78.
R. E.
Newnham
,
Properties of Materials: Anisotropy, Symmetry, Structure
(
Oxford
,
New York
,
2005
).
79.
G. W.
Farnell
,
I. A.
Cermak
,
P.
Silvester
, and
S. K.
Wong
,
IEEE Trans. Sonics Ultrason.
17
,
188
(
1970
).
80.
S. S.
Gevorgian
,
T.
Martinsson
,
P. L.
Linner
, and
E. L.
Kollberg
,
IEEE Trans. Microwave Theory Tech.
44
,
896
(
1996
).
81.
O. G.
Vendik
,
S. P.
Zubko
, and
M. A.
Nikolskii
,
Tech. Phys.
44
,
349
(
1999
).
82.
I.
Vendik
,
O. G.
Vendik
,
A. N.
Deleniv
,
V. V.
Kondratiev
,
M. N.
Goubina
, and
D. V.
Kholodniak
,
IEEE Trans. Microwave Theory Tech.
48
,
1247
(
2000
).
83.
J.
Krupka
,
R. G.
Geyer
,
M.
Kuhn
, and
J. H.
Hinken
,
IEEE Trans. Microwave Theory Tech.
42
,
1886
(
1994
).
84.
N. J.
Kidner
,
Z. J.
Homrighaus
,
T. O.
Mason
, and
E. J.
Garboczi
,
Thin Solid Films
496
,
539
(
2006
).
You do not currently have access to this content.