Transport measurements data are presented on bismuth-rich BiFeO3 ceramic, synthesized by a solid state method. Conductivity isotherms were analyzed using Jonscher’s empirical power-law frequency dependence. Monotonically increasing frequency-exponent n(T) over 413–593 K indicates a small polaron tunnelling mechanism for the charge transport. Distinct linear regimes observed in the Arrhenius σdc vs. T−1 plot suggest that two different charge-carriers/conductivity-relaxations prevail above and below ∼490 K. Twin Arrhenius regimes of ac-conductivity also exhibit a sharp “transition” at 510 K, from the pinned-dipole/hopping-anion dynamics to the free-dipole/oscillating-ions response at higher temperatures. Furthermore, a concurrent behavior-change of the locus traced out by the charge-hopping frequency ωh [with σ(ωh) = 2σdc] also designates 510 K as delineating two different transport characteristics in the adjacent temperature regimes.
References
1.
L. W.
Martin
, Y. H.
Chu
, and R.
Ramesh
, Mater. Sci. Eng. R
68
, 89
–133
(2010
). 2.
A.
Singh
, Z. R.
Khan
, P. M.
Vilarinho
, V.
Gupta
, and R. S.
Katiyar
, Mater. Res. Bull.
49
, 531
–536
(2014
). 3.
J. F.
Scott
and C. A.
Paz de Araujo
, Science
246
, 1400
(1989
). 4.
O.
Auciello
, J. F.
Scott
, and R.
Ramesh
, Phys. Today
51
, 22
(1998
). 5.
J. F.
Scott
, Science
315
, 954
(2007
). 6.
A.
Singh
, V.
Gupta
, and K.
Srinivas
, Mater. Sci. Eng. B
130
, 81
(2006
). 7.
L.
Hesselink
, S. S.
Orlov
, A.
Liu
, A.
Akella
, D.
Lande
, and R. R.
Neurgaonkar
, Science
282
, 1089
(1998
). 8.
W.
Eerenstein
, N. D.
Mathur
, and J. F.
Scott
, Nature
442
, 759
–765
(2006
). 9.
S. W.
Cheong
and M.
Mostovoy
, Nature Mater.
6
, 13
–20
(2007
). 10.
R.
Ramesh
and N. A.
Spaldin
, Nature Mater.
6
, 21
–29
(2007
). 11.
A.
Singh
, V.
Pandey
, R. K.
Kotnala
, and D.
Pandey
, Phys. Rev. Lett.
101
, 247602
–247606
(2008
). 12.
S. D.
Sharma
, Am. Sci.
89
, 516
(2001
). 13.
R.
Ramesh
, Nat. Mater.
9
, 380
(2010
). 14.
H.
Bea
, M.
Gajek
, M.
Bibes
, and A.
Barthelemy
, J. Phys. Condens. Matter
20
, 434221
(2008
). 15.
K.
Yin
, M.
Li
, Y.
Liu
, C.
He
, F.
Zhuge
, B.
Chen
, W.
Lu
, X.
Pan
, and R. W.
Li
, Appl. Phys. Lett.
97
, 042101
(2010
). 16.
T. L.
Qu
, Y. G.
Zhao
, D.
Xie
, J. P.
Shi
, Q. P.
Chen
, and T. L.
Ren
, Appl. Phys. Lett.
98
, 173507
(2011
). 17.
C.
Wang
, K.-j.
Jin
, L. W.
Zhong-tang Xu
, C.
Ge
, H.-b.
Lu
, H.-z.
Guo
, M.
He
, and G.-z.
Yang
, Appl. Phys. Lett.
98
, 192901
(2011
). 18.
G.
Catlan
and J. F.
Scott
, Adv. Mater.
21
, 2463
–2485
(2013
). 19.
F.
Zavaliche
, S. Y.
Yang
, T.
Zhao
, Y. H.
Chu
, M. P.
Cruz
, C. B.
Eom
, and R.
Ramesh
, Phase Trans.
79
(12
), 991
–1017
(2006
). 20.
T.
Zhao
, A.
Scholl
, F.
Zavaliche
, K.
Lee
, M.
Barry
, A.
Doran
, M. P.
Cruz
, Y. H.
Chu
, C.
Ederer
, N. A.
Spaldin
, R. R.
Das
, D. M.
Kim
, S. H.
Baek
, C. B.
Eom
, and R.
Ramesh
, Nat. Mater.
5
, 823
–829
(2006
). 21.
J.
Ma
, J.
Hu
, Z.
Li
, and C. W.
Nan
, Adv. Mater.
23
, 1062
–1087
(2011
). 22.
S. H.
Baek
, H. W.
Jang
, C. M.
Folkman
, Y. L.
Li
, B.
Winchester
, J. X.
Zhang
, Q.
He
, Y. H.
Chu
, C. T.
Nelson
, M. S.
Rzchowski
, X. Q.
Pan
, R.
Ramesh
, L. Q.
Chen
, and C. B.
Eom
, Nat. Mater.
9
, 309
(2010
). 23.
S. M.
Wu
, S. A.
Cybart
, P.
Yu
, M. D.
Rossell
, J. X.
Zhang
, R.
Ramesh
, and R. C.
Dynes
, Nat. Mater.
9
, 756
–761
(2010
). 24.
X.
Chen
, H.
Zhang
, T.
Wang
, F.
Wang
, and W.
Shi
, Phys. Status Solidi A
15
, 1
–5
(2012
).25.
J.
Wang
, J. B.
Neaton
, H.
Zheng
, V.
Nagarajan
, S. B.
Ogale
, B.
Liu
, D.
Viehland
, V.
Vaithyanathan
, D. G.
Schlom
, U. V.
Waghmare
, N. A.
Spaldin
, K. M.
Rabe
, M.
Wuttig
, and R.
Ramesh
, Science
299
, 1719
–1722
(2003
). 26.
S. C.
Das
, A.
Majumdar
, S.
Katiyal
, B.
Poojitha
, S.
Saha
, and T.
Shripathi
, J. Solid State Commun.
264
, 10
–15
(2017
). 27.
C.
Ederer
and N. A.
Spaldin
, Phys. Rev. B
71
, 060401
–060405
(2005
). 28.
Chandrakanta
Panda
et al., arXiv:1512.02757 [cond-mat.mtrl-sci].29.
T.
Higuchi
, Y.-S.
Liu
, P.
Yao
, P.-A.
Glans
, J.
Guo
, C.
Chang
, Z.
Wu
, N.
Wataru Sakamoto
, T.
Tetsuo Shimura
, and T.
Hattori
, Phys. Rev. B
78
, 085106
(2008
). 30.
V.
Shelke
et al., J. Appl. Phys.
106
, 104114
(2009
). 31.
Y. P.
Wang
, L.
Zhou
, M. F.
Zhang
, X. Y.
Chen
, J.-M.
Liu
, and Z. G.
Liu
, Appl. Phys. Lett.
84
, 1731
(2004
). 32.
R.
Mazumder
et al., Appl. Phys. Lett.
91
, 062510
(2007
). 33.
D.
Kothari
et al., J. Magn. Magn. Mater.
320
(3–4
), 548
–552
(2008
). 34.
M.
Shariq
, D.
Kaur
, V. S.
Chandel
, and M. A.
Siddiqui
, Mater. Sci.-Poland
31
(3
), 471
–475
(2013
). 35.
Y. P.
Wang
, G. L.
Yuan
, X. Y.
Chen
, J. M.
Liu
, and Z. G.
Liu
, J. Phys. D Appl. Phys.
39
, 2019
(2006
). 36.
V. R.
Palkar
, D. C.
Kundaliya
, S. K.
Malik
, and S.
Bhattacharya
, Phys. Rev. B
69
, 212102
(2004
). 37.
S.
Pillai
, D.
Bhuwal
, T.
Shripathi
, and V.
Shelke
, J. Mater. Sci. Mater. Electron.
24
, 2950
–2955
(2013
). 38.
S. C.
Das
, A.
Majumdar
, A.
Shahee
, N. P.
Lalla
, T.
Shripathi
, and R.
Hippler
, J. Ferroelectrics Lett.
38
, 78
–86
(2011
). 39.
P.
Sharma
, D.
Varshney
, S.
Satapathy
, and P. K.
Gupta
, Mater. Chem. Phys.
143
, 629
–636
(2014
). 40.
M.
Mahesh Kumar
, V. R.
Palkar
, K.
Srinivas
, and S. V.
Suryanarayana
, Appl. Phys. Lett.
76
, 2764
(2000
). 41.
B.
Andrzejewski
, K.
Chybczyńska
, B.
Hilczer
, M.
Błaszyk
, T.
Luciński
, M.
Matczak
, and L.
Kępiński
, arXiv:1402.1336 [cond-mat.mtrl-sci].42.
E.
Markiewicz
, B.
Hilczer
, M.
Błaszyk
, A.
Pietraszko
, and E.
Talik
, J. Electroceram.
27
, 154
–161
(2011
). 43.
J.
Kolte
, P. H.
Salame
, A. S.
Daryapurkar
, and P.
Gopalan
, AIP Adv.
5
, 097164
(2015
). 44.
S. R.
Elliott
, Adv. Phys.
36
(2
), 135
–217
(1987
). 45.
R.
Das
, T.
Sarkar
, and K.
Mandal
, J. Phys. D Appl. Phys.
45
, 455002
(2012
). 46.
G. G.
Raju
, Dielectric in Electric Field
, 1st ed. (Marcel Dekker, Inc
, New York
, 2003
).47.
48.
J. R.
Macdonald
, Impedance Spectroscopy Emphasizing Solid State Materials
(John Wiley & Sons, Inc.
, New York
, 1987
).49.
Q.
Ke
, X.
Lou
, Y.
Wang
, and J.
Wang
, Phys. Rev. B
82
, 024102
(2010
). 50.
B. B.
Mohanty
, P. S.
Sahoo
, M. P. K.
Sahoo
, and R. N. P.
Choudhary
, J. Mod. Phys. A
3
, 357
–361
(2012
). 51.
S. K.
Satpathy
, N. K.
Mohanty
, A. K.
Behera
, and B.
Behera
, Mater. Sci. Poland
32
(1
), 59
–65
(2014
). 52.
A. K.
Jonscher
, “Low-loss dielectrics
,” J. Mater. Sci.
34
, 3071
–3082
(1999
). 53.
A.
Jonscher
, Dielectric Relaxation in Solids
(Chelsea Dielectric Press
, London
, 1983
).54.
H. M.
Zaki
, Physica B
363
, 232
–244
(2005
). 55.
S.
Sharma
, T.
Basu
, A.
Shahee
, K.
Singh
, N. P.
Lalla
, and E. V.
Sampathkumaran
, J. Alloys Compd.
663
, 289
–294
(2016
). 56.
F. A.
Kröger
and H. J.
Vink
, Solid State Phys.
3
, 307
–435
(1956
). 57.
R. K.
Dwivedi
, D.
Kumar
, and O.
Parkash
, J. Phys. D
33
, 88
(2000
). 58.
R.
Vaish
and K. B. R.
Varma
, J. Appl. Phys.
106
, 064106
(2009
). 59.
V.
Thakur
, A.
Singh
, A. M.
Awasthi
, and L.
Singh
, AIP Adv.
5
, 087110
(2015
). 60.
S.
Kabi
and A.
Ghosh
, J. Appl. Phys.
107
, 103715
(2010
). 61.
A.
Singh
, R.
Chatterjee
, S. K.
Mishra
, P. S. R.
Krishna
, and S. L.
Chaplot
, J. Appl. Phys.
111
, 014113
(2012
). 62.
A.
Ghosh
, Phys. Rev. B
42
, 1388
–1393
(1990
). 63.
S.
Ghosh
, S.
Najmaei
, S.
Kar
, R.
Vajtai
, J.
Lou
, N. R.
Pradhan
, L.
Balicas
, P. M.
Ajayan
, and S.
Talapatra
, Phys. Rev. B
89
, 125422
(2014
). 64.
B.
Ghosh
, D.
Bhattacharya
, A. K.
Raychaudhuri
, and S.
Arumugam
, J. Appl. Phys.
105
, 123914
(2009
). 65.
S.
Chaturvedi
, P.
Shyam
, R.
Bag
, M. M.
Shirolkar
, J.
Kumar
, H.
Kaur
, S.
Singh
, A. M.
Awasthi
, and S.
Kulkarni
, Phys. Rev. B
96
, 024434
(2017
). 66.
D. L.
Sidebottom
, Phys. Rev. Lett.
83
, 983
(1999
). 67.
R.
Waser
, J. Am. Ceram. Soc.
74
(8
), 1934
–1940
(1991
). 68.
M.
Vollman
and R.
Waser
, J. Am. Ceram. Soc.
77
(1
), 235
–243
(1994
). 69.
S.
Kumari
, N.
Ortega
, A.
Kumar
, S. P.
Pavunny
, J. W.
Hubbard
, C.
Rinaldi
, G.
Srinivasan
, J. F.
Scott
, and R. S.
Katiyar
, J. Appl. Phys.
117
, 114102
(2015
). 70.
N. S. K.
Kumar
, T. S.
Shahid
, and G.
Govindaraj
, Phys. B
488
, 99
–107
(2016
). 71.
V.
Mohanty
and G.
Govindaraj
, J. Mater. Sci. Mater. Electron.
29
, 4217
–4225
(2018
). 72.
J.
Hou
, R.
Vaish
, Y.
Qu
, D.
Krsmanovic
, K. B. R.
Varma
, and R. V.
Kumar
, J. Power Sources
195
, 2613
–2618
(2010
). 73.
K.
Min
, F.
Huang
, Y.
Jin
, W.
Zhu
, and J.
Zhu
, Ferroelectrics
450
, 42
–48
(2013
). 74.
Q.
Ke
, A.
Kumar
, X.
Lou
, K.
Zeng
, and J.
Wang
, Appl. Phys. Lett.
100
, 042902
(2012
). 75.
X.
Wang
, X.
Lu
, C.
Zhang
, X.
Wu
, W.
Cai
, S.
Peng
, H.
Bo
, Y.
Kan
, F.
Huang
, and J.
Zhu
, J. Appl. Phys.
107
, 114101
(2010
). 76.
C.
Ang
, Z.
Yu
, and L. E.
Cross
, Phys. Rev. B
62
, 228
–236
(2000
). © 2018 Author(s).
2018
Author(s)
You do not currently have access to this content.
