For more than half a century, the morphotropic phase boundary (MPB) has drawn constant interest in developing piezoelectric materials, as the phase instability at the region significantly enhances piezoelectricity. However, the local structure/symmetry at the MPB region is still under controversy. The investigation on morphology and origin of the local structure at MPB is of considerable importance to provide a microstructure basis for high piezoelectricity. In the present study, we thus use high resolution transmission electron microscopy to investigate the microstructure feature of MPB at PMN-PT ceramics. The local structure is shown to be the coexistence of nano-scaled {110}-type rhombohedral (R) twin and {110}-type tetragonal (T) twin. Such nano-scaled coexistence can be due to a nearly vanishing polarization anisotropy and low domain wall energy at MPB, which thus facilitates polarization rotation between 〈001〉T and 〈111〉R states and leads to high properties of MPB compositions.

1.
B.
Jaffe
,
W. R.
Cook
, and
H. L.
Jaffe
,
Piezoelectric Ceramics
(
Academic
,
London
,
1971
), Vol.
3
.
2.
K.
Uchino
,
Ferroelectric Devices
(
CRC
,
2000
), Vol.
16
.
3.
W. F.
Liu
and
X. B.
Ren
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
257602
(
2009
).
4.
D.
Damjanovic
,
J. Am. Ceram. Soc.
88
,
2663
(
2005
).
5.
Y. U.
Wang
,
J. Mater. Sci.
44
,
5225
(
2009
).
6.
N.
Balke
,
I.
Bdikin
,
S. V.
Kalinin
, and
A. L.
Kholkin
,
J. Am. Ceram. Soc.
92
,
1629
(
2009
).
7.
S. V.
Kalinin
,
B. J.
Rodriguez
,
A. Y.
Borisevich
,
A. P.
Baddorf
,
N.
Balke
,
H. J.
Chang
,
L. Q.
Chen
,
S.
Choudhury
,
S.
Jesse
, and
P.
Maksymovych
,
Adv. Mater.
22
,
314
(
2010
).
8.
B.
Noheda
,
D. E.
Cox
,
G.
Shirane
,
S. E.
Park
,
L. E.
Cross
, and
Z.
Zhong
,
Phys. Rev. Lett.
86
,
3891
(
2001
).
9.
B.
Noheda
,
R.
Guo
,
L. E.
Cross
,
S. E.
Park
,
D. E.
Cox
, and
G.
Shirane
,
Phys. Rev. Lett.
84
,
5423
(
2000
).
10.
Z. G.
Ye
,
B.
Noheda
,
M.
Dong
,
D.
Cox
, and
G.
Shirane
,
Phys. Rev. B
64
,
184114
(
2001
).
11.
Y. P.
Guo
,
H. S.
Luo
,
K. P.
Chen
,
H. Q.
Xu
,
X. W.
Zhang
, and
Z. W.
Yin
,
J. Appl. Phys.
92
,
6134
(
2002
).
12.
Y. M.
Jin
,
Y. U.
Wang
,
A. G.
Khachaturyan
,
J. F.
Li
, and
D.
Viehland
,
J. Appl. Phys.
94
,
3629
(
2003
).
13.
Y. M.
Jin
,
Y. U.
Wang
,
A. G.
Khachaturyan
,
J. F.
Li
, and
D.
Viehland
,
Phys. Rev. Lett.
91
,
197601
(
2003
).
14.
D.
Viehland
,
J. Appl. Phys.
88
,
4794
(
2000
).
15.
Y. U.
Wang
,
Phys. Rev. B
74
,
104109
(
2006
).
16.
Y. U.
Wang
,
Phys. Rev. B
73
,
014113
(
2006
).
17.
Y. U.
Wang
,
Phys. Rev. B
76
,
024108
(
2007
).
18.
W. W.
Cao
and
L. E.
Cross
,
Phys. Rev. B
47
,
4825
(
1993
).
19.
M. J.
Hoffmann
,
M.
Hammer
,
A.
Endriss
, and
D. C.
Lupascu
,
Acta Mater.
49
,
1301
(
2001
).
20.
D.
Damjanovic
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
062906
(
2010
).
21.
M.
Haun
,
E.
Furman
,
S.
Jang
, and
L.
Cross
,
Ferroelectrics
99
,
13
(
1989
).
22.
Y.
Ishibashi
and
M.
Iwata
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
37
,
985
(
1998
).
23.
A.
Khachaturyan
,
Philos. Mag.
901
,
37
(
2010
).
24.
G. A.
Rossetti
and
A. A.
Heitmann
,
Philos. Mag.
90
,
71
(
2010
).
25.
G. A.
Rossetti
and
A. G.
Khachaturyan
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
072909
(
2007
).
26.
G. A.
Rossetti
,
A. G.
Khachaturyan
,
G.
Akcay
, and
Y.
Ni
,
J. Appl. Phys.
103
,
114113
(
2008
).
27.
G. A.
Rossetti
,
W.
Zhang
, and
A. G.
Khachaturyan
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
072912
(
2006
).
28.
L. A.
Schmitt
,
K. A.
Schonau
,
R.
Theissmann
,
H.
Fuess
,
H.
Kungl
, and
M. J.
Hoffmann
,
J. Appl. Phys.
101
,
074107
(
2007
).
29.
K. A.
Schonau
,
L. A.
Schmitt
,
M.
Knapp
,
H.
Fuess
,
R. A.
Eichel
,
H.
Kungl
, and
M. J.
Hoffmann
,
Phys. Rev. B
75
,
184117
(
2007
).
30.
R.
Theissmann
,
L. A.
Schmitt
,
J.
Kling
,
R.
Schierholz
,
K. A.
Schonau
,
H.
Fuess
,
M.
Knapp
,
H.
Kungl
, and
M. J.
Hoffmann
,
J. Appl. Phys.
102
,
024111
(
2007
).
31.
A.
Kholkin
,
I.
Bdikin
,
D.
Kiselev
,
V.
Shvartsman
, and
S. H.
Kim
,
J. Electroceram.
19
,
83
(
2007
).
32.
J.
Zhu
,
H.
Wang
,
N.
Lu
,
A. A.
Bokov
,
Z. G.
Ye
, and
X. W.
Zhang
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
042908
(
2006
).
33.
J.
Zhu
,
H.
Wang
,
X. W.
Zhang
,
Y. X.
Tang
, and
H. S.
Luo
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
132906
(
2008
).
34.
J.
Zhu
,
H.
Wang
,
X. W.
Zhang
,
Y. X.
Tang
, and
H. S.
Luo
,
J. Am. Ceram. Soc.
91
,
2382
(
2008
).
35.
D.
Vanderbilt
and
M. H.
Cohen
,
Phys. Rev. B
63
,
094108
(
2001
).
36.
W. S.
Chang
,
L. C.
Lim
,
P.
Yang
, and
C. S.
Tu
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
082903
(
2008
).
37.
L. C.
Lim
,
W. S.
Chang
,
K. K.
Rajan
,
M.
Shanthi
,
P.
Yang
,
H. O.
Moser
,
C. S.
Tu
,
F. T.
Wang
,
C. T.
Tseng
,
A. S.
Bhalla
, and
R.
Guo
,
J. Appl. Phys.
103
,
084122
(
2008
).
38.
L. C.
Lim
,
W. S.
Chang
,
P.
Yang
,
C. S.
Tu
,
F. T.
Wang
, and
C. T.
Tseng
,
J. Appl. Phys.
104
,
054102
(
2008
).
39.
C. S.
Tu
,
C. M.
Hsieh
,
R. R.
Chien
,
V. H.
Schmidt
,
F. T.
Wang
, and
W. S.
Chang
,
J. Appl. Phys.
103
,
074117
(
2008
).
40.
H.
Wu
and
X.
Ren
(unpublished).
41.
S. L.
Swartz
and
T. R.
Shrout
,
Mater. Res. Bull.
17
,
1245
(
1982
).
42.
B.
Noheda
,
D. E.
Cox
,
G.
Shirane
,
J.
Gao
, and
Z. G.
Ye
,
Phys. Rev. B
66
,
054104
(
2002
).
43.
J.
Forrester
,
R.
Piltz
,
E.
Kisi
, and
G.
McIntyre
,
J. Phys.: Condens. Matter
13
,
L825
(
2001
).
44.
H. X.
Bao
,
C.
Zhou
,
D. Z.
Xue
,
J. H.
Gao
, and
X. B.
Ren
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
43
,
465401
(
2010
).
45.
J.
Gao
,
D.
Xue
,
Y.
Wang
,
D.
Wang
,
L.
Zhang
,
H.
Wu
,
S.
Guo
,
H.
Bao
,
C.
Zhou
, and
W.
Liu
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
092901
(
2011
).
46.
D. Z.
Xue
,
Y. M.
Zhou
,
H. X.
Bao
,
C.
Zhou
,
J. H.
Gao
, and
X. B.
Ren
,
J. Appl. Phys.
109
,
054110
(
2011
).
47.
X.
Dezhen
,
Z.
Yumei
,
B.
Huixin
,
G.
Jinghui
,
Z.
Chao
, and
R.
Xiaobing
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
122901
(
2011
).
48.
S. Y.
Cheng
,
N. J.
Ho
, and
H. Y.
Lu
,
J. Am. Ceram. Soc.
91
,
1244
(
2008
).
49.
H. Y.
Lu
,
S. Y.
Cheng
, and
N. J.
Ho
,
J. Am. Ceram. Soc.
89
,
2177
(
2006
).
50.
E.
Polychroniadis
and
J.
Stoemenos
,
J. Mater. Sci.
17
,
2077
(
1982
).
51.
W. L.
Wang
and
H. Y.
Lu
,
J. Am. Ceram. Soc.
89
,
281
(
2006
).
52.
F. M.
Morales
and
M.
Ruhle
,
Acta Crystallogr. B
62
,
761
(
2006
).
53.
Y.
Yoshimura
,
A.
Kojima
,
N.
Tokunaga
,
K.
Tozaki
, and
T.
Koganezawa
,
Phys. Lett. A
353
,
250
(
2006
).
54.
P. A.
Thomas
and
D. S.
Keeble
,
J. Appl. Crystallogr.
42
,
480
(
2009
).
55.
Y.
Yoshimura
,
M.
Morioka
,
A.
Kojima
,
N.
Tokunaga
,
T.
Koganezawa
, and
K.
Tozaki
,
Phys. Lett. A
367
,
394
(
2007
).
56.
H. Y.
Lu
,
S. Y.
Cheng
, and
N. J.
Ho
,
J. Am. Ceram. Soc.
91
,
2298
(
2008
).
57.
C.
Boulesteix
,
J.
Van Landuyt
, and
S.
Amelinckx
,
Phys. Status Solidi A
33
,
595
(
1976
).
58.
M. E.
Lines
and
A. M.
Glass
,
Principles and Applications of Ferroelectrics and Related Materials
(
Oxford University Press
,
USA
,
2001
).
59.
M.
Iwata
,
H.
Orihara
, and
Y.
Ishibashi
,
Ferroelectrics
266
,
57
(
2002
).
You do not currently have access to this content.