Ferroelectric and ferroelastic domain structure has a profound effect on the piezoelectric, ferroelectric, and dielectric responses of ferroelectric materials. However, domain walls and strain field effects on thermal properties are unknown. We measured the thermal conductance from 100–400 K of epitaxially grown BiFeO3 thin films with different domain variants, each separated primarily by domain walls. We determined the Kapitza conductance across the domain walls, which is driven by the strain field induced by the domain variants. This domain wall Kapitza conductance is lower than the Kapitza conductance associated with grain boundaries in all previously measured materials.
REFERENCES
1.
K. M.
Rabe
, J. M.
Triscone
, and C. H.
Ahn
, Physics of Ferroelectrics: A Modern Perspective
(Springer-Verlag
, Berlin
, 2007
).2.
M.
Lines
and A.
Glass
, Principles and Applications of Ferroelectrics and Related Materials
(Clarendon Press
, Oxford
, 1979
).3.
J. F.
Scott
, Ferroelectric Memories
(Springer-Verlag
, Berlin
, 2000
).4.
R.
Ramesh
and N. A.
Spaldin
, Nature Mater.
6
, 21
(2007
).5.
M.
Dawber
, K. M.
Rabe
, and J. F.
Scott
, Rev. Mod. Phys.
77
, 1083
(2005
).6.
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
(2003
).7.
R. J.
Zeches
, M. D.
Rossell
, J. X.
Zhang
, A. J.
Hatt
, Q.
He
, C.-H.
Yang
, A.
Kumar
, C. H.
Wang
, A.
Melville
, C.
Adamo
, G.
Sheng
, Y.-H.
Chu
, J. F.
Ihlefeld
, R.
Erni
, C.
Ederer
, V.
Gopalan
, L. Q.
Chen
, D. G.
Schlom
, N. A.
Spaldin
, L. W.
Martin
, and R.
Ramesh
, Science
326
, 977
(2009
).8.
R. R.
Das
, D. M.
Kim
, S. H.
Baek
, C. B.
Eom
, F.
Zavaliche
, S. Y.
Yang
, R.
Ramesh
, Y. B.
Chen
, X. Q.
Pan
, X.
Ke
, M. S.
Rzchowski
, and S. K.
Streiffer
, Appl. Phys. Lett.
88
, 242904
(2006
).9.
Y.-H.
Chu
, M. P.
Cruz
, C. H.
Yang
, L. W.
Martin
, P.-L.
Yang
, J. X.
Zhang
, K.
Lee
, P.
Yu
, L. Q.
Chen
, and R.
Ramesh
, Adv. Mater.
19
, 2662
(2007
).10.
H. W.
Jang
, D.
Ortiz
, S.-H.
Baek
, C. M.
Folkman
, R. R.
Das
, P.
Shafer
, Y.
Chen
, C. T.
Nelson
, X.
Pan
, R.
Ramesh
, and C.-B.
Eom
, Adv. Mater.
21
, 817
(2009
).11.
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
, Nature Mater.
9
, 309
(2010
).12.
M. A.
Weilert
, M. E.
Msall
, A. C.
Anderson
, and J. P.
Wolfe
, Phys. Rev. Lett.
71
, 735
(1993
).13.
M. A.
Weilert
, M. E.
Msall
, J. P.
Wolfe
, and A. C.
Anderson
, Z. Phys. B: Condens. Matter
91
, 179
(1993
).14.
S.
Mielcarek
, B.
Mróz
, Z.
Tylczyński
, P.
Piskunowicz
, Z.
Trybuła
, and M.
Bromberek
, Physica B
299
, 83
(2001
).15.
A. D.
McConnell
and K. E.
Goodson
, Ann. Rev. Heat Transfer
14
, 129
(2005
).16.
P. E.
Hopkins
and L. M.
Phinney
, J. Heat Transfer
131
, 043201
(2009
).17.
Z.
Wang
, J. E.
Alaniz
, W.
Jang
, J. E.
Garay
, and C.
Dames
, Nano Lett.
11
, 2206
(2011
).18.
B. A.
Strukov
, S. T.
Davitadze
, S. N.
Kravchun
, S. A.
Taraskin
, M.
Goltzman
, V. V.
Lemanov
, and S. G.
Shulman
, J. Phys.: Condens. Matter
15
, 4331
(2003
).19.
S. T.
Davitadze
, S. N.
Kravchun
, B. A.
Strukov
, B. M.
Goltzman
, V. V.
Lemanov
, and S. G.
Shulman
, Appl. Phys. Lett.
80
, 1631
(2002
).20.
Y.
Wang
, K.
Fujinami
, R.
Zhang
, C.
Wan
, N.
Wang
, Y.
Ba
, and K.
Koumoto
, Appl. Phys. Express
3
, 031101
(2010
).21.
S.
Stemmer
, S. K.
Streiffer
, F.
Ernst
, and M.
Ruhle
, Philos. Mag. A
71
, 713
(1995
).22.
M.
Foeth
, A.
Sfera
, P.
Stadelmann
, and P. A.
Buffat
, Jpn. Soc. Electron Microsc.
48
, 717
(1999
).23.
D. G.
Cahill
, K. E.
Goodson
, and A.
Majumdar
, J. Heat Transfer
124
, 223
(2002
).24.
J. F.
Ihlefeld
, A.
Kumar
, V.
Gopalan
, D. G.
Schlom
, Y. B.
Chen
, X. Q.
Pan
, T.
Heeg
, J.
Schubert
, X.
Ke
, P.
Schiffer
, J.
Orenstein
, L. W.
Martin
, Y. H.
Chu
, and R.
Ramesh
, Appl. Phys. Lett.
91
, 071922
(2007
).25.
J. F.
Ihlefeld
, N. J.
Podraza
, Z. K.
Liu
, R. C.
Rai
, X.
Xu
, T.
Heeg
, Y. B.
Chen
, J.
Li
, R. W.
Collins
, J. L.
Musfeldt
, X. Q.
Pan
, J.
Schubert
, R.
Ramesh
, and D. G.
Schlom
, Appl. Phys. Lett.
92
, 142908
(2008
).26.
J.
Desmarais
, J. F.
Ihlefeld
, T.
Heeg
, J.
Schubert
, D. G.
Schlom
, and B. D.
Huey
, Appl. Phys. Lett.
99
, 162902
(2011
).27.
G.
Chen
, Nanoscale Energy Transport and Conversion: A Parallel Treatment of Electrons, Molecules, Phonons, and Photons
(Oxford University Press
, New York
, 2005
).28.
R.
Cheaito
, J. C.
Duda
, T. E.
Beechem
, K.
Hattar
, J. F.
Ihlefeld
, D. L.
Medlin
, M. A.
Rodriguez
, M. J.
Campion
, E. S.
Piekos
, and P. E.
Hopkins
, Phys. Rev. Lett.
109
, 195901
(2012
).29.
B. M.
Foley
, H. J.
Brown-Shaklee
, J. C.
Duda
, R.
Cheaito
, B. J.
Gibbons
, D.
Medlin
, J. F.
Ihlefeld
, and P. E.
Hopkins
, Appl. Phys. Lett.
101
, 231908
(2012
).30.
C.
Yu
, M. L.
Scullin
, M.
Huijben
, R.
Ramesh
, and A.
Majumdar
, Appl. Phys. Lett.
92
, 191911
(2008
).31.
D. G.
Cahill
, Rev. Sci. Instrum.
61
, 802
(1990
).32.
33.
E. T.
Swartz
and R. O.
Pohl
, Rev. Mod. Phys.
61
, 605
(1989
).34.
H. S.
Yang
, G. R.
Bai
, L. J.
Thompson
, and J. A.
Eastman
, Acta Mater.
50
, 2309
(2002
).35.
C. W.
Nan
and R.
Birringer
, Phys. Rev. B
57
, 8264
(1998
).36.
P. M.
Norris
and P. E.
Hopkins
, J. Heat Transfer
131
, 043207
(2009
).37.
S.
Uma
, A. D.
McConnell
, M.
Asheghi
, K.
Kurabayashi
, and K. E.
Goodson
, Int. J. Thermophys.
22
, 605
(2001
).38.
P. K.
Schelling
, S. R.
Phillpot
, and P.
Keblinski
, J. Appl. Phys.
95
, 6082
(2004
).39.
A.
Maiti
, G.
Mahan
, and S.
Pantelides
, Solid State Commun.
102
, 517
(1997
).40.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4798497 for details of Piezo Force Microscopy characterization of domains, experimental details of TDTR measurements and analysis, and X-ray Diffraction reciprocal space maps.
© 2013 American Institute of Physics.
2013
American Institute of Physics
You do not currently have access to this content.
