The local piezoelectric properties of ferroelectric composites consisting of P(VDF-TrFE) copolymer matrix with barium lead zirconate titanate ceramic inclusions were addressed both experimentally using piezoresponse force microscopy technique and theoretically applying the Landau-Ginzburg-Devonshire formalism. A transient region with a width of approximately 40 nm has been found at the interface between the two constituents. It is shown that the piezoresponse in the vicinity of the interface is strongly affected by inhomogeneous stresses originating from an incompatibility of thermal expansion coefficients of PVDF and lead zirconate titanate.

1.
T.
Furukawa
,
K.
Ishida
, and
E.
Fukada
,
J. Appl. Phys.
50
,
4904
(
1979
).
2.
T.
Yamada
,
T.
Ueda
, and
T.
Kitayama
,
J. Appl. Phys.
53
,
4328
(
1982
).
3.
E.
Venkatragavaraj
,
B.
Satish
,
P. R.
Vinod
, and
M. S.
Vijaya
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
34
,
487
(
2001
).
4.
Y.
Kobayashi
,
T.
Tanase
,
T.
Tabata
,
T.
Miwa
, and
M.
Konno
,
J. Eur. Ceram. Soc.
28
,
117
(
2008
).
5.
M.
Wang
,
G. S.
Fang
, and
H. S.
Zhou
,
Ferroelectrics
118
,
191
(
1991
).
6.
R. J.
Klein
,
F.
Xia
,
Q. M.
Zhang
, and
F.
Bauer
,
J. Appl. Phys.
97
,
094105
(
2005
).
7.
C. K.
Wong
and
F. G.
Shin
,
J. Appl. Phys.
97
,
034111
(
2005
).
8.
A. L.
Kholkin
,
I. K.
Bdikin
,
D. A.
Kiselev
,
V. V.
Shvartsman
, and
S.-H.
Kim
,
J. Electroceram.
19
,
83
(
2007
).
9.
V. S.
Bystrov
,
I. K.
Bdikin
,
D. A.
Kiselev
,
S.
Yudin
,
V. M.
Fridkin
, and
A. L.
Kholkin
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
40
,
4571
(
2007
).
10.
J. S.
Nunes
,
A.
Wu
,
J.
Gomes
,
V.
Sencadas
,
P. M.
Vilarinho
, and
S.
Lanceros-Méndez
,
Appl. Phys. A
95
,
875
(
2009
).
11.
Y.
Liu
,
S.
Xie
,
X.
Liu
,
K.
Kitamura
, and
J.
Li
,
J. Appl. Phys.
110
,
052008
(
2011
).
12.
M.
Park
,
Y.-Y.
Choi
,
J.
Kim
,
J.
Hong
,
H. W.
Song
,
T.-H.
Sung
, and
K.
No
,
Soft Matter
8
,
1064
(
2012
).
13.
R.
Gysel
,
I.
Stolichnov
,
A. K.
Tagantsev
,
N.
Setter
, and
P.
Mokry
,
J. Appl. Phys.
103
,
084120
(
2008
).
14.
P.
Sharma
,
D.
Wu
,
S.
Poddar
,
T. J.
Reece
,
S.
Ducharme
, and
A.
Gruverman
,
J. Appl. Phys.
110
,
052010
(
2011
).
15.
P.
Sharma
,
T. J.
Reece
,
S.
Ducharme
, and
A.
Gruverman
,
Nano Lett.
11
,
1970
(
2011
).
16.
V.
Sencadas
,
C.
Ribeiro
,
I. K.
Bdikin
,
A. L.
Kholkin
, and
S.
Lanceros-Mendez
,
Phys. Status Solidi A
209
,
2605
(
2012
).
17.
P.
Sharma
,
T.
Nakajima
,
S.
Okamura
, and
A.
Gruverman
,
Nanotechnology
24
,
015706
(
2013
).
18.
I.
Stolichnov
,
P.
Maksymovych
,
E.
Mikheev
,
S. V.
Kalinin
,
A.
Tagantsev
, and
N.
Setter
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
027603
(
2012
).
19.
Y.
Kim
,
W.
Kim
,
H.
Choi
,
S.
Hong
,
H.
Ko
,
H.
Lee
, and
K.
No
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
012908
(
2010
).
20.
R. V.
Gaynutdinov
,
S.
Mitko
,
S. G.
Yudin
,
V. M.
Fridkin
, and
S.
Ducharme
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
142904
(
2011
).
21.
A.
Baji
,
Y.-W.
Mai
,
Q.
Li
, and
Y.
Liu
,
Compos. Sci. Technol.
71
,
1435
(
2011
).
22.
B. J.
Rodriguez
,
S.
Jesse
,
A. P.
Baddorf
,
Y. H.
Chu
,
T.
Zhao
,
R.
Ramesh
,
E. A.
Eliseev
,
A. N.
Morozovska
, and
S. V.
Kalinin
,
Nanotechnology
18
,
405701
(
2007
).
23.
S. V.
Kalinin
,
A. N.
Morozovska
,
L. Q.
Chen
, and
B. J.
Rodriguez
,
Rep. Prog. Phys.
73
,
056502
1
-67 (
2010
).
24.
C. S.
Ganpule
,
V.
Nagarjan
,
H.
Li
,
A. S.
Ogale
,
D. E.
Steinhauer
,
S.
Aggarwal
,
E.
Williams
,
R.
Ramesh
, and
P.
De Wolf
,
Appl. Phys. Lett.
77
,
292
(
2000
).
25.
A.
Agronin
,
M.
Molotskii
,
Y.
Rosenwaks
,
E.
Strassburg
,
A.
Boag
,
S.
Mutchnik
, and
G.
Rosenman
,
J. Appl. Phys.
97
,
084312
(
2005
).
26.
F.
Felten
,
G. A.
Schneider
,
J.
Saldaña Muñoz
, and
S. V.
Kalinin
,
J. Appl. Phys.
96
,
563
(
2004
).
27.
D. A.
Scrymgeour
and
V.
Gopalan
,
Phys. Rev. B
72
,
024103
(
2005
).
28.
S. V.
Kalinin
,
E. A.
Eliseev
, and
A. N.
Morozovska
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
232904
(
2006
).
29.
E. A.
Eliseev
,
S. V.
Kalinin
,
S.
Jesse
,
S. L.
Bravina
, and
A. N.
Morozovska
,
J. Appl. Phys.
102
,
014109
(
2007
).
30.
A. N.
Morozovska
,
E. A.
Eliseev
,
S. L.
Bravina
, and
S. V.
Kalinin
,
Phys. Rev. B
75
,
174109
(
2007
).
31.
S. V.
Kalinin
,
B. J.
Rodriguez
,
S.-H.
Kim
,
S.-K.
Hong
,
A.
Gruverman
, and
E. A.
Eliseev
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
152906
(
2008
).
32.
K.
Pan
,
Y. Y.
Liu
,
Y. M.
Liu
, and
J. Y.
Li
,
J. Appl. Phys.
112
,
052016
(
2012
).
33.
K.
Pan
,
Y. M.
Liu
,
Y. Y.
Liu
, and
J. Y.
Li
,
J. Appl. Phys.
113
,
187223
(
2013
).
34.
A. N.
Morozovska
,
E. A.
Eliseev
,
O. V.
Varenyk
, and
S. V.
Kalinin
,
J. Appl. Phys.
113
,
187222
(
2013
).
35.
H.
Ohigashi
and
T.
Hattori
,
Ferroelectrics
171
,
11
(
1995
).
36.
T.
Furukawa
,
Phase Transitions
18
,
143
(
1989
).
37.
T.
Ikeda
,
J. Phys. Soc. Jpn.
14
,
168
(
1959
).
38.
G.
Li
and
G.
Haertling
,
Ferroelectrics
166
,
31
(
1995
).
39.
A. V.
Solnyshkin
,
D. A.
Kiselev
,
A. A.
Bogomolov
,
A. L.
Kholkin
,
W.
Künstler
, and
R.
Gerhard
,
J. Surf. Invest. X-Ray Synchrotron Neutron Tech.
2
,
692
(
2008
).
40.
Wenwu
Cao
,
Q. M.
Zhang
, and
L. E.
Cross
,
J. Appl. Phys.
72
(
12
),
5814
(
1992
).
41.
M. P.
Nikiforov
,
S.
Jesse
,
A. N.
Morozovska
,
E. A.
Eliseev
,
L. T.
Germinario
, and
S. V.
Kalinin
,
Nanotechnology
20
,
395709
(
2009
).
42.
K. E.
Hamil
,
H.
Yamada
, and
K.
Matsushige
,
Appl. Phys. A
72
,
347
(
2001
).
43.
Y. J.
Park
,
S. J.
Kang
,
C.
Parka
 et al,
Appl. Phys. Lett.
88
,
242908
(
2006
).
44.
H. S.
Nalwa
,
Ferroelectric Polymers: Chemistry, Physics, and Applications
(
Marcel Dekker
,
New York
,
1995
).
45.
D. A.
Kiselev
,
A. S.
Bykov
,
R. N.
Zhukov
,
V. V.
Antipov
,
M. D.
Malinkovich
, and
Y. N.
Parkhomenko
,
Crystallogr. Rep.
57
,
781
(
2012
).
46.
A. I.
Lurie
,
Spatial Problems of the Elasticity Theory
(
Gos. Izd. Teor. Tekh. Lit.
,
Moscow
,
1955
).
47.
L. D.
Landau
and
E. M.
Lifshitz
,
Theory of Elasticity
, Theoretical Physics Vol. 7 (
Butterworth-Heinemann
,
Oxford, U.K.
,
1998
).
48.
A. N.
Morozovska
,
E. A.
Eliseev
,
Y.
Li
,
S. V.
Svechnikov
,
P.
Maksymovych
,
V. Y.
Shur
,
V.
Gopalan
,
L.-Q.
Chen
, and
S. V.
Kalinin
,
Phys. Rev. B
80
,
214110
(
2009
).
49.
A. N.
Morozovska
and
E. A.
Eliseev
, “Strain-induced disorder in ferroic nanocomposites,” in
Handbook of Nanophysics: Functional Nanomaterials
, edited by
K. D.
Sattler
(
Taylor & Francis
2010
), Chap. 7, Vol. 5 - P.
7
1
7
15
. ISBN 978-1-4200-7552-6.
50.
A. N.
Morozovska
,
E. A.
Eliseev
,
G. S.
Svechnikov
,
V.
Gopalan
, and
S. V.
Kalinin
,
J. Appl. Phys.
103
,
124110
1
(
2008
).
51.
B.
Ploss
and
B.
Ploss
,
Polymer
41
,
6087
(
2000
).
52.
D.
Mao
,
I.
Mejia
,
H.
Stiegler
,
B. E.
Gnade
, and
M. A.
Quevedo-Lopez
,
J. Appl. Phys.
108
,
094102
(
2010
).
53.
S.
Ducharme
,
V. M.
Fridkin
,
A. V.
Bune
,
S. P.
Palto
,
L. M.
Blinov
,
N. N.
Petukhova
, and
S. G.
Yudin
,
Phys. Rev. Lett.
84
,
175
(
2000
).
54.
55.
E.
Bellet-Amalric
,
J. F.
Legrand
,
M.
Stock-Schweyer
, and
B.
Meurer
,
Polymer
35
,
34
(
1994
).
56.
Q. M.
Zhang
,
V.
Bharti
, and
X.
Zhao
,
Science
280
,
2101
(
1998
).
57.
Z.-Y.
Cheng
,
V.
Bharti
,
T.-B.
Xu
,
H.
Xu
,
T.
Mai
, and
Q. M.
Zhang
,
Sens. Actuators, A
90
,
138
(
2001
).
58.
T. M. J.
Haun
,
Z. Q.
Zhuang
,
E.
Furman
,
S. J.
Jang
, and
L. E.
Cross
,
Ferroelectrics
99
,
45
(
1989
).
59.
N. A.
Pertsev
,
V. G.
Kukhar
,
H.
Kohlstedt
, and
R.
Waser
,
Phys. Rev. B
67
,
054107
(
2003
).
You do not currently have access to this content.