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.

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.
H.
Frohlich
,
Theory of Dielectrics
(
Oxford University Press
,
New York
,
1958
), p. 70.
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
).
You do not currently have access to this content.