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Title: Simulación Montecarlo de la histéresis en los materiales ferroeléctricos relaxores PbxBi4Ti3+xO12+3x, x=2, 3
Authors: Páez López, Priscila Alejandra
Issue Date: 7-Jun-2017
Publisher: Quito, 2017.
Citation: Páez López, P. A. (2017). Simulación Montecarlo de la histéresis en los materiales ferroeléctricos relaxores PbxBi4Ti3+xO12+3x, x=2, 3. 76 hojas. Quito : EPN.
Abstract: The goal of this thesis is to simulate the behavior of the hysteresis loops of relaxor ferroelectric materials, so that we can get a better understanding of the internal behavior of those materials. A modified Ising model is developed, which includes the dipole-dipole interaction and the influence of random internal electric fields. Additionally, the volume and number of polar nanoregions, and the temperature are included as simulation variables. In order to analyze the evolution of the system, the Monte Carlo method is used with the Metropolis algorithm. When there are higher volumes, the hysteresis loop approximates a square shape with high values for the remanent polarization, similar to the hysteresis loops of a normal ferroelectric; whereas smaller volumes lead to a behavior characteristic of relaxor ferroelectrics with slim hysteresis loops and lower values of remanent polarization. The intensity of the random internal electric field also differentiates between the both materials; the relaxor type material having a random electric field of higher intensity than that of the normal ferroelectric type material. Finally, a qualitative comparison is made between the simulated and the experimental hysteresis loops of the relaxor ferroelectric materials Pb2Bi4Ti5O18 and Pb3Bi4Ti6O21.
Description: El objetivo fue simular el comportamiento de los ciclos de histéresis de materiales ferroeléctricos relaxores, para un mejor entendimiento del comportamiento interno. Se desarrolla un modelo de Ising modificado, que incluye la interacción dipolo-dipolo y la influencia de campos eléctricos aleatorios, pues los ferroeléctricos relaxores tienen nanorregiones polares en una matriz paraeléctrica. Adicionalmente, se incluyen como variables de la simulación: el volumen y número de nanorregiones y la temperatura. Para analizar la evolución del sistema se emplea el método de Montecarlo con el algoritmo de Metrópolis. Al tener mayores volúmenes el ciclo de histéresis se aproxima a una forma cuadrada con altos valores de polarización remanente, similar a los ciclos de histéresis típicos de un ferroeléctrico normal; en cambio al tener volúmenes menores el comportamiento es de un ferroeléctrico relaxor con ciclos de histéresis delgados y bajos valores de polarización remanente. La intensidad del campo interno aleatorio también establece una diferencia en los dos tipos de materiales; teniendo el material tipo relaxor un campo aleatorio de mayor intensidad que el del material tipo ferroeléctrico normal. Finalmente, se realiza una comparación cualitativa entre los ciclos de histéresis experimentales de los materiales ferroeléctricos relaxores Pb2Bi4Ti5O18 y Pb3Bi4Ti6O21 con los de simulación.
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