The correlation between dielectric permittivity and electrocaloric (EC) temperature change (ΔTEC) has been investigated in (1 − x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3−xPbTiO3 (PMN–100xPT, with x = 0, 0.05, and 0.10) relaxor ferroelectric ceramics. At a given electric field, both peak temperatures, including the temperature of the permittivity peak (Tm) and the temperature of the maximum of the ΔTEC (TEC max) increase with increasing PT content. The peak of the dielectric permittivity is, regardless of the applied electric field, always at a higher temperature than is the TEC max, and the temperature gap between both maxima progressively increases with increasing applied DC bias. This is particularly true above the threshold field, which induces the long-range ordered ferroelectric state. The results, which are explained in terms of the electric field–temperature phase diagram of relaxor systems, thus reveal that Tm can only roughly mark the temperature of the upper boundary of the temperature–electric field window, where the EC responsivity (ΔTECE) is the highest.

1.
X.
Moya
,
S.
Kar-Narayan
, and
N. D.
Mathur
,
Nat. Mater.
13
,
439
(
2014
).
2.
X.
Moya
,
E.
Defay
,
N. D.
Mathur
, and
S.
Hirose
,
MRS Bull.
43
,
291
(
2018
).
3.
Electrocaloric Materials
, edited by
T.
Correia
and
Q.
Zhang
(
Springer
,
Berlin
,
2014
).
4.
5.
A. S.
Mischenko
,
Q.
Zhang
,
J. F.
Scott
,
R. W.
Whatmore
, and
N. D.
Mathur
,
Science
311
,
1270
(
2006
).
6.
S. G.
Lu
,
B.
Rožič
,
Q. M.
Zhang
,
Z.
Kutnjak
,
X.
Li
,
E.
Furman
,
L. J.
Gorny
,
M.
Lin
,
B.
Malič
,
M.
Kosec
,
R.
Blinc
, and
R.
Pirc
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
162904
(
2010
).
7.
B.
Nair
,
T.
Usui
,
S.
Crossley
,
S.
Kurdi
,
G. G.
Guzmán-Verri
,
X.
Moya
,
S.
Hirose
, and
N. D.
Mathur
,
Nature
575
,
468
(
2019
).
8.
M.
Vrabelj
,
H.
Uršič
,
Z.
Kutnjak
,
B.
Rožič
,
S.
Drnovšek
,
A.
Benčan
,
V.
Bobnar
,
L.
Fulanović
, and
B.
Malič
,
J. Eur. Ceram. Soc.
36
,
75
(
2016
).
9.
X.-S.
Qian
,
H.-J.
Ye
,
Y.-T.
Zhang
,
H.
Gu
,
X.
Li
,
C. A.
Randall
, and
Q. M.
Zhang
,
Adv. Funct. Mater.
24
,
1300
(
2014
).
10.
L.
Fulanović
,
J.
Koruza
,
N.
Novak
,
F.
Weyland
,
B.
Malič
, and
V.
Bobnar
,
J. Eur. Ceram. Soc.
37
,
5105
(
2017
).
11.
F.
Weyland
,
T.
Eisele
,
S.
Steiner
,
T.
Frömling
,
G. A.
Rossetti
,
J.
Rödel
, and
N.
Novak
,
J. Eur. Ceram. Soc.
38
,
551
(
2017
).
12.
A.
Bradeško
,
L.
Fulanović
,
M.
Vrabelj
,
M.
Otoničar
,
H.
Uršič
,
A.
Henriques
,
C.-C.
Chung
,
J. L.
Jones
,
B.
Malič
,
Z.
Kutnjak
, and
T.
Rojac
,
Acta Mater.
169
,
275
(
2019
).
13.
B.
Rožič
,
M.
Kosec
,
H.
Uršič
,
J.
Holc
,
B.
Malič
,
Q. M.
Zhang
,
R.
Blinc
,
R.
Pirc
, and
Z.
Kutnjak
,
J. Appl. Phys.
110
,
064118
(
2011
).
14.
G.
Suchaneck
and
G.
Gerlach
,
Phys. Scr.
90
,
94020
(
2015
).
15.
G.
Suchaneck
and
G.
Gerlach
,
Ferroelectrics
515
,
1
(
2017
).
16.
J.
Peräntie
,
H. N.
Tailor
,
J.
Hagberg
,
H.
Jantunen
, and
Z.-G.
Ye
,
J. Appl. Phys.
114
,
174105
(
2013
).
17.
C.
Ang
and
Z.
Yu
,
Phys. Rev. B
69
,
174109
(
2004
).
18.
D.
Viehland
,
S. J.
Jang
,
L. E.
Cross
, and
M.
Wuttig
,
J. Appl. Phys.
69
,
414
(
1991
).
19.
I. P.
Raevski
,
S. A.
Prosandeev
,
A. S.
Emelyanov
,
S. I.
Raevskaya
,
E. V.
Colla
,
D.
Viehland
,
W.
Kleemann
,
S. B.
Vakhrushev
,
J.-L.
Dellis
,
M.
El Marssi
, and
L.
Jastrabik
,
Phys. Rev. B
72
,
184104
(
2005
).
20.
S. I.
Raevskaya
,
A. S.
Emelyanov
,
F. I.
Savenko
,
M. S.
Panchelyuga
,
I. P.
Raevski
,
S. A.
Prosandeev
,
E. V.
Colla
,
H.
Chen
,
S. G.
Lu
,
R.
Blinc
,
Z.
Kutnjak
,
P.
Gemeiner
,
B.
Dkhil
, and
L. S.
Kamzina
,
Phys. Rev. B
76
,
060101
(
2007
).
21.
D.
Kuscer
,
J.
Holc
,
M.
Kosec
, and
A.
Meden
,
J. Am. Ceram. Soc.
89
,
3081
(
2006
).
22.
M.
Dragomir
,
M.
Otoničar
,
M.
Vrabelj
,
L.
Fulanović
,
S.
Drnovšek
,
T.
Rojac
, and
B.
Malič
,
J. Eur. Ceram. Soc.
39
,
1837
(
2019
).
23.
Z.
Kutnjak
and
B.
Rožič
, in
Electrocaloric Materials
, edited by
T.
Correia
and
Q.
Zhang
(
Springer
,
Berlin
,
2014
), pp.
147
182
.
24.
G. A.
Samara
,
J. Phys. Condens. Matter
15
,
R367
(
2003
).
25.
A. A.
Bokov
and
Z. G.
Ye
,
J. Mater. Sci.
41
,
31
(
2006
).
26.
C. H.
Lu
and
D. P.
Chang
,
J. Mater. Sci. Mater. Electron.
11
,
363
(
2000
).
27.
G.
Trefalt
,
B.
Malič
,
D.
Kuščer
,
J.
Holc
, and
M.
Kosec
,
J. Am. Ceram. Soc.
94
,
2846
(
2011
).
28.
A.
Tagantsev
and
A.
Glazounov
,
Phys. Rev. B
57
,
18
(
1998
).
29.
T. F.
Zhang
,
X. G.
Tang
,
Q. X.
Liu
,
Y. P.
Jiang
,
X. X.
Huang
, and
Q. F.
Zhou
,
J. Phys. D. Appl. Phys.
49
,
095302
(
2016
).
30.
S. L.
Swartz
,
T. R.
Shrout
,
W. A.
Schulze
, and
L. E.
Cross
,
J. Am. Ceram. Soc.
67
,
311
(
1984
).
31.
J.
Baek
,
T.
Isobe
, and
M.
Senna
,
J. Am. Ceram. Soc.
80
,
973
(
1997
).
32.
B.
Shen
,
Q.
Zhang
,
J.
Zhai
, and
Z.
Xu
,
Ceram. Int.
39
,
S9
(
2012
).
33.
C.
Molin
,
J.
Peräntie
,
F.
Le Goupil
,
F.
Weyland
,
M.
Sanlialp
,
N.
Stingelin
,
N.
Novak
,
D. C.
Lupascu
, and
S.
Gebhardt
,
J. Am. Ceram. Soc.
100
,
2885
(
2017
).
34.
H.
Khassaf
,
J. V.
Mantese
,
N.
Bassiri-Gharb
,
Z.
Kutnjak
, and
S. P.
Alpay
,
J. Mater. Chem. C
4
,
4763
(
2016
).
35.
Z.
Kutnjak
,
R.
Blinc
, and
Y.
Ishibashi
,
Phys. Rev. B
76
,
104102
(
2007
).
36.
Z.
Jiang
,
Y.
Nahas
,
S.
Prokhorenko
,
S.
Prosandeev
,
D.
Wang
,
J.
Íñiguez
, and
L.
Bellaiche
,
Phys. Rev. B
97
,
104110
(
2018
).
37.
V.
Bobnar
,
Z.
Kutnjak
,
R.
Pirc
, and
A.
Levstik
,
Phys. Rev. B
60
,
6420
(
1999
).
38.
Z.
Kutnjak
,
J.
Petzelt
, and
R.
Blinc
,
Nature
441
,
956
(
2006
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.