Recent findings of a large electrocaloric (EC) effect in polymeric and inorganic ferroelectric materials open a potential possibility of development of solid-state cooling or heating devices of new generation with better energy efficiency that may be less harmful for the environment. We investigate by using direct measurements, the temperature and electric field dependence of the electrocaloric response in Pb1-xLax(ZryTi1-y)1-x/4O3 bulk ceramics (PLZT) with x = 0.06 and 0.12. Here, the properties of the EC response were probed in a part of the PLZT composition phase diagram with low y = 0.40 composition, in which the EC effect was not previously studied. Measurement results show the existence of the sizeable EC response in the 12/40/60 PLZT sample with the EC temperature change (ΔTEC) of 2.92 K at 430 K and 80 kV/cm. This value exceeds previously obtained ΔTEC values in relaxor ferroelectric x/65/35 PLZT compositions, rivaling the best EC response in lead magnesium niobate-lead titanate ceramics. The electrocaloric responsivity (ΔTE) value of 0.41 × 10−6 Km/V determined at a lower electric field of 20 kV/cm and 410 K is comparable to those observed in other perovskite ferroelectrics.

1.
2.
A. S.
Mischenko
,
Q.
Zhang
,
J. F.
Scott
,
R. W.
Whatmore
, and
N. D.
Mathur
,
Science
311
,
1270
(
2006
).
3.
B.
Neese
,
B.
Chu
,
S.-G.
Lu
,
Y.
Wang
,
E.
Furman
, and
A. Q. M.
Zhang
,
Science
321
,
821
(
2008
).
5.
A. S.
Mischenko
,
Q.
Zhang
,
J. F.
Scott
,
R. W.
Whatmore
, and
N. D.
Mathur
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
242912
(
2006
).
6.
G.
Akcay
,
S. P.
Alpay
,
G. A.
Rosseti
, and
J. F.
Scott
,
J. Appl. Phys.
103
,
024104
(
2008
).
7.
D.
Guyomar
,
G.
Sebald
,
B.
Guiffard
, and
L.
Seveyrat
,
J. Phys. D Appl. Phys.
39
,
4491
(
2006
).
8.
G.
Sebald
,
S.
Pruvost
,
L.
Seveyrat
,
L.
Lebrun
,
D.
Guyomar
, and
B.
Guiffard
,
J. Eur. Ceram. Soc.
27
,
4021
(
2007
).
9.
N. D.
Mathur
, in
Electrocaloric Materials
, edited by
T.
Correia
and
Q.
Zhang
(
Springer
,
Berlin
,
2014
), pp.
251
253
.
10.
Z.
Kutnjak
,
B.
Rožič
, and
R.
Pirc
,
Wiley Encyclopedia of Electrical and Electronics Engineering
(Wiley,
2015
), pp.
1
19
.
11.
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
A. R.
Pirc
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
162904
(
2010
).
12.
X.
Moya
,
S.
Kar-Narayan
, and
A. N. D.
Mathur
,
Nat. Mater.
13
,
439
(
2014
).
13.
J.
Peräntie
,
J.
Hagberg
,
A.
Uusimäki
, and
H.
Jantunen
,
Phys. Rev. B
82
,
134119
(
2010
).
14.
Y.
Bai
,
X.
Han
, and
A. L.
Qiao
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
252904
(
2013
).
15.
N.
Novak
,
Z.
Kutnjak
, and
A. R.
Pirc
,
EPL
103
,
47001
(
2013
).
16.
Y.
Bai
,
G.
Zheng
, and
S.
Shi
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
192902
(
2010
).
17.
X.
Moya
,
E.
Defay
,
V.
Heine
, and
N. D.
Mathur
,
Nat. Phys.
11
,
202
(
2015
).
18.
B.
Asbani
,
J.-L.
Dellis
,
A.
Lahmar
,
M.
Courty
,
M.
Amjoud
,
Y.
Gagou
,
K.
Djellab
,
D.
Mezzane
,
Z.
Kutnjak
, and
M.
El Marssi
,
Appl. Phys. Lett.
106
,
042902
(
2015
).
19.
H.
Kaddoussi
,
A.
Lahmar
,
Y.
Gagou
,
B.
Asbani
,
J.-L.
Dellis
,
G.
Cordoyiannis
,
B.
Allouche
,
H.
Khemakhem
,
Z.
Kutnjak
, and
M.
El Marssi
,
J. Alloy. Comp.
667
,
198
(
2016
).
20.
B.
Asbani
,
J.-L.
Dellis
,
Y.
Gagou
,
H.
Kaddoussi
,
A.
Lahmar
,
M.
Amjoud
,
D.
Mezzane
,
Z.
Kutnjak
, and
M.
El Marssi
,
EPL
111
,
57008
(
2015
).
21.
U.
Plaznik
,
A.
Kitanovski
,
B.
Rožič
,
B.
Malič
,
H.
Uršič
,
S.
Drnovšek
,
J.
Cilenšek
,
M.
Vrabelj
,
A.
Poredoš
, and
Z.
Kutnjak
,
Appl. Phys. Lett.
106
,
043903
(
2015
).
22.
H.
Gu
,
X.
Qian
,
X.
Li
,
B.
Craven
,
W.
Zhu
,
A.
Cheng
,
S. C.
Yao
, and
Q. M.
Zhang
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
122904
(
2013
).
23.
R.
Ma
,
Z.
Zhang
,
K.
Tong
,
D.
Huber
,
R.
Kornbluh
,
Y. S.
Ju
, and
Q.
Pei
,
Science
357
,
1130
(
2017
).
24.
U.
Plaznik
,
M.
Vrabelj
,
Z.
Kutnjak
,
B.
Malič
,
A.
Poredoš
, and
A.
Kitanovski
,
Europhys. Lett.
111
,
57009
(
2015
).
25.
A.
Bradesko
,
D.
Juricic
,
M.
Santo Zarnik
,
B.
Malic
,
Z.
Kutnjak
, and
T.
Rojac
,
Appl. Phys. Lett.
109
,
143508
(
2016
).
26.
R.
Pirc
,
Z.
Kutnjak
,
R.
Blinc
, and
Q. M.
Zhang
,
J. Appl. Phys.
110
,
074113
(
2011
).
27.
R.
Pirc
,
Z.
Kutnjak
,
R.
Blinc
, and
Q. M.
Zhang
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
021909
(
2011
).
28.
I.
Ponomareva
and
S.
Lisenkov
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
167604
(
2012
).
29.
Z.
Kutnjak
,
J.
Petzelt
, and
R.
Blinc
,
Nature
441
,
956
(
2006
).
30.
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
).
31.
Y.
Bai
,
G.
Zheng
, and
S.
Shi
,
Mater. Res. Bull.
46
,
1866
(
2011
).
32.
N.
Novak
,
R.
Pirc
, and
Z.
Kutnjak
,
Europhys. Lett.
102
,
17003
(
2013
).
33.
B.
Peng
,
H.
Fan
, and
Q.
Zhang
,
Adv. Funct. Mater.
23
,
2987
(
2013
).
34.
R.
Pirc
,
B.
Rožič
,
J.
Koruza
,
B.
Malič
, and
A. Z.
Kutnjak
,
Europhys. Lett.
107
,
17002
(
2014
).
35.
R.
Pirc
,
B.
Rožič
,
J.
Koruza
,
G.
Cordoyiannis
,
B.
Malič
, and
Z.
Kutnjak
,
J. Phys. Condens. Matter
27
,
455902
(
2015
).
36.
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
).
37.
Y.
Mendez-González
,
A.
Peláiz-Barranco
,
T.
Yang
, and
J. D. S.
Guerra
,
Appl. Phys. Lett.
112
,
122904
(
2018
).
38.
G.
Wenping
,
Y.
Liu
,
X.
Meng
,
L.
Bellaiche
,
J. F.
Scott
,
B.
Dkhil
, and
A.
Jiang
,
Adv. Mater.
27
,
3165
(
2015
).
39.
Z.
Xu
,
X.
Dai
, and
D.
Viehland
,
Appl. Phys. Lett.
65
,
3287
(
1994
).
40.
B.
Lu
,
P.
Li
,
Z.
Tang
,
Y.
Yao
,
X.
Gao
,
W.
Kleemann
, and
S.-G.
Lu
,
Sci. Rep.
7
,
45335
(
2017
).
41.
V.
Bobnar
,
Z.
Kutnjak
,
R.
Pirc
, and
A.
Levstik
,
Phys. Rev. B
60
,
6420
(
1999
).
42.
X.
Dai
,
Z.
Xu
, and
D.
Viehland
,
J. Appl. Phys.
79
,
1021
(
1996
).
43.
M.
El Marssi
,
R.
Farhi
,
J.-L.
Dellis
,
M. D.
Glinchuk
,
L.
Seguin
, and
D.
Viehland
,
J. Appl. Phys.
83
,
5371
(
1998
).
44.
X.
Dai
,
Z.
Xu
, and
D.
Viehland
,
Philos. Mag. B
70
,
33
(
1994
).
45.
G. A.
Samara
, in
Solid State Physics
, edited by
H.
Ehrenreich
and
F.
Spaepen
(
Academic Press
,
San Diego
,
2001
), Vol. 56, p.
314
.
46.
S. G.
Lu
,
B.
Rožič
,
Q. M.
Zhang
,
Z.
Kutnjak
,
R.
Pirc
,
M.
Lin
,
X.
Li
, and
L.
Gorny
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
202901
(
2010
).
47.
E.
Buixaderas
,
D.
Nuzhnyy
,
S.
Veljko
,
M.
Savinov
,
P.
Vaněk
,
S.
Kamba
,
J.
Petzelt
, and
M.
Kosec
,
Phase Transit.
79
,
415
(
2006
).
48.
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
).
49.
X.
Moya
,
E.
Stern-Taulats
,
S.
Crossley
,
D.
González-Alonso
,
S.
Kar-Narayan
,
A.
Planes
,
L.
Mañosa
, and
N. D.
Mathur
,
Adv. Mater.
25
,
1360
(
2013
).
50.
N.
Novak
,
R.
Pirc
, and
Z.
Kutnjak
,
Phys. Rev. B
87
,
104102
(
2013
).
You do not currently have access to this content.