Polaronic transport in iron phosphate glasses containing HfO2 and CeO2

文献情報

出版日 2016-12-09
DOI 10.1039/C6CP04226K
インパクトファクター 3.676
著者

Ana Šantić, Radha D. Banhatti, Luka Pavić, Hüseyin Ertap, Mustafa Yüksek, Mevlüt Karabulut, Andrea Moguš-Milanković


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要旨

The electrical and dielectric properties of three series of glasses, xHfO2–(40 − x)Fe2O3–60P2O5, 0 ≤ x ≤ 8 mol%, xCeO2–(40 − x)Fe2O3–60P2O5, 0 ≤ x ≤ 8 mol%, and xHfO2–(38 − x)Fe2O3–2B2O3–60P2O5 2 ≤ x ≤ 6 mol%, have been investigated by impedance spectroscopy over a wide frequency and temperature range. As expected, these glasses exhibit polaronic conductivity which strongly depends on the fraction of ferrous ions, Fe2+/Fetot. Following a detailed discussion on the DC conductivity, we use the MIGRATION concept to model their conductivity spectra. It is found that in each series of glasses, the shape of the conductivity isotherms remains the same indicating that the time-temperature superposition principle is satisfied and that the mechanism of conductivity is the same. Returning to a model-free scaling procedure, namely Summerfield scaling, it is found that while conductivity isotherms for each composition yield a master curve, we need to suitably shift individual master curves on the frequency axis to generate a super-master curve. We examine the dependence of the DC conductivity and the shift factors on the number density of charge carriers. Next, using the fact that the dielectric strength of relaxation for each isotherm is well-defined in these systems, we scale the conductivity isotherms using the Sidebottom scaling procedure. This procedure yields a super-master curve, implying that length scales for polaronic transport also change with composition. Further, using the scaling features of permittivity spectra, we extract in a straightforward way the characteristic spatial extent of localized hopping of polarons and find that it decreases with increasing number density of charge carriers. The magnitude of these values obtained from permittivity spectra lies in the same range as those for the polaron radius calculated using the equation proposed by Bogomolov and Mirilin.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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