We report that room-temperature ferromagnetism emerges at the interface formed between ZnO nanowire core and Al2O3 shell although both constituents show mainly diamagnetism. The interface-based ferromagnetism can be further enhanced by annealing the ZnO/Al2O3 core-shell nanowires and activating the formation of ZnAl2O4 phase as a result of interfacial solid-state reaction. High-temperature measurements indicate that the magnetic order is thermally stable up to 750 K. Transmission electron microscopy studies reveal the annealing-induced jagged interfaces, and the extensive structural defects appear to be relevant to the emergent magnetism. Our study suggests that tailoring the spinterfaces in nanostructure-harnessed wide-band-gap oxides is an effective route towards engineered nanoscale architecture with enhanced magnetic properties.

1.
S. A.
Wolf
,
D. D.
Awschalom
,
R. A.
Buhrman
,
J. M.
Daughton
,
S.
von Molnar
,
M. L.
Roukes
,
A. Y.
Chtchelkanova
, and
D. M.
Treger
,
Science
294
,
1488
(
2001
).
2.
I.
Žutić
,
J.
Fabian
, and
S.
Das Sarma
,
Rev. Mod. Phys.
76
,
323
(
2004
).
3.
Ü.
Özgür
,
Y. I.
Alivov
,
C.
Liu
,
A.
Teke
,
M. A.
Reshchikov
,
S.
Dogan
,
V.
Avrutin
,
S. J.
Cho
, and
H.
Morko
,
J. Appl. Phys.
98
,
041301
(
2005
).
4.
C.
Klingshirn
,
ChemPhysChem
8
,
782
(
2007
).
5.
K.
Ando
,
H.
Saito
,
Z.
Jin
,
T.
Fukumura
,
M.
Kawasaki
,
Y.
Matsumoto
, and
H.
Koinuma
,
J. Appl. Phys.
89
,
7284
(
2001
).
6.
A.
Walsh
,
J. L. F.
Da Silva
, and
S. H.
Wei
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
256401
(
2008
).
7.
G. Z.
Xing
,
J. B.
Yi
,
J. G.
Tao
,
T.
Liu
,
L. M.
Wong
,
Z.
Zhang
,
G. P.
Li
,
S. J.
Wang
,
J.
Ding
,
T. C.
Sum
,
C. H. A.
Huan
, and
T.
Wu
,
Adv. Mater.
20
,
3521
(
2008
).
8.
T.
Dietl
,
H.
Ohno
,
F.
Matsukura
,
J.
Cibert
, and
D.
Ferrand
,
Science
287
,
1019
(
2000
).
9.
M.
Venkatesan
,
C. B.
Fitzgerald
,
J. G.
Lunney
, and
J. M. D.
Coey
,
Phys. Rev. Lett.
93
,
177206
(
2004
).
10.
X. F.
Wang
,
F. Q.
Song
,
Q.
Chen
,
T. Y.
Wang
,
J. L.
Wang
,
P.
Liu
,
M. R.
Shen
,
J. G.
Wan
,
G. H.
Wang
, and
J. B.
Xu
,
J. Am. Chem. Soc.
132
,
6492
(
2010
).
11.
Y. F.
Tian
,
Y. F.
Li
,
M.
He
,
I. A.
Putra
,
H. Y.
Peng
,
B.
Yao
,
S. A.
Cheong
, and
T.
Wu
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
162503
(
2011
).
12.
D. D.
Wang
,
Q.
Chen
,
G. Z.
Xing
,
J. B.
Yi
,
S. B.
Rahman
,
J.
Ding
,
J. L.
Wang
, and
T.
Wu
,
Nano Lett.
12
,
3994
(
2012
).
13.
M.
Venkatesan
,
C. B.
Fitzgerald
, and
J. M. D.
Coey
,
Nature
430
,
630
(
2004
).
14.
A.
Sundaresan
,
R.
Bhargavi
,
N.
Rangarajan
,
U.
Siddesh
, and
C. N. R.
Rao
,
Phys. Rev. B
74
,
161306
(
2006
).
15.
Y. W.
Ma
,
J.
Ding
,
D. C.
Qi
,
J. B.
Yi
,
H. M.
Fan
,
H.
Gong
,
A. T. S.
Wee
, and
A.
Rusydi
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
072501
(
2009
).
16.
S. B.
Ogale
,
Adv. Mater.
22
,
3125
(
2010
).
17.
J. B.
Yi
,
H.
Pan
,
J. Y.
Lin
,
J.
Ding
,
Y. P.
Feng
,
S.
Thongmee
,
T.
Liu
,
H.
Gong
, and
L.
Wang
,
Adv. Mater.
20
,
1170
(
2008
).
18.
R.
Podila
,
W.
Queen
,
A.
Nath
,
J. T.
Arantes
,
A. L.
Schoenhalz
,
A.
Fazzio
,
G. M.
Dalpian
,
J.
He
,
S. J.
Hwu
,
M. J.
Skove
, and
A. M.
Rao
,
Nano Lett.
10
,
1383
(
2010
).
19.
Y. F.
Li
,
R.
Deng
,
Y. F.
Tian
,
B.
Yao
, and
T.
Wu
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
172402
(
2012
).
20.
B. Y.
Zhang
,
Y. F.
Li
,
A. M.
Liu
,
Z. Z.
Zhang
,
B. H.
Li
,
G. Z.
Xing
,
T.
Wu
,
X. B.
Qin
,
D. X.
Zhao
,
C. X.
Shan
, and
D. Z.
Shen
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
182503
(
2011
).
21.
M. A.
Garcia
,
J. M.
Merino
,
E. F.
Pinel
,
A.
Quesada
,
J.
d. l. Venta
,
M. L. R.
Gonzalez
,
G. R.
Castro
,
P.
Crespo
,
J.
Llopis
,
J. M.
Gonzalez-Calbet
, and
A.
Hernando
,
Nano Lett.
7
,
1489
(
2007
).
22.
J.
Chaboy
,
R.
Boada
,
C.
Piquer
,
M. A.
Laguna-Marco
,
M.
García-Hernández
,
N.
Carmona
,
J.
Llopis
,
M. L.
Ruíz-González
,
J.
González-Calbet
,
J. F.
Fernández
, and
M. A.
García
,
Phys. Rev. B
82
,
064411
(
2010
).
23.
C.
Guglieri
,
M. A.
Laguna-Marco
,
M. A.
García
,
N.
Carmona
,
E.
Céspedes
,
M.
García-Hernández
,
A.
Espinosa
, and
J.
Chaboy
,
J. Phys. Chem. C
116
,
6608
(
2012
).
24.
J. M. D.
Coey
,
M.
Venkatesan
, and
C. B.
Fitzgerald
,
Nat. Mater.
4
,
173
(
2005
).
25.
Y. F.
Tian
,
S. R.
Bakaul
, and
T.
Wu
,
Nanoscale
4
,
1529
(
2012
).
26.
A.
Ohtomo
and
H. Y.
Hwang
,
Nature
427
,
423
(
2004
).
27.
R.
Oja
,
M.
Tyunina
,
L.
Yao
,
T.
Pinomaa
,
T.
Kocourek
,
A.
Dejneka
,
O.
Stupakov
,
M.
Jelinek
,
V.
Trepakov
,
S.
van Dijken
, and
R. M.
Nieminen
,
Phys. Rev. Lett.
109
,
127207
(
2012
).
28.
J.
Chakhalian
,
J. W.
Freeland
,
G.
Srajer
,
J.
Strempfer
,
G.
Khaliullin
,
J. C.
Cezar
,
T.
Charlton
,
R.
Dalgliesh
,
C.
Bernhard
,
G.
Cristiani
,
H.-U.
Habermeier
, and
B.
Keimer
Nat. Phys.
2
,
244
(
2006
).
29.
S. Z.
Deng
,
H. M.
Fan
,
M.
Wang
,
M. R.
Zheng
,
J. B.
Yi
,
R. Q.
Wu
,
H. R.
Tan
,
C. H.
Sow
,
J.
Ding
,
Y. P.
Feng
, and
K. P.
Loh
,
ACS Nano
4
,
495
(
2010
).
30.
S.
Deng
,
K. P.
Loh
,
J. B.
Yi
,
J.
Ding
,
H. R.
Tan
,
M.
Lin
,
Y. L.
Foo
,
M.
Zheng
, and
C. H.
Sow
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
193111
(
2008
).
31.
Y.
Yazaki
,
M.
Suda
,
N.
Kameyama
, and
Y.
Einaga
,
Chem. Lett.
39
,
594
(
2010
).
32.
C. S.
Ong
,
T. S.
Herng
,
X. L.
Huang
,
Y. P.
Feng
, and
J.
Ding
,
J. Phys. Chem. C
116
,
610
(
2012
).
33.
F.
Djeghloul
,
F.
Ibrahim
,
M.
Cantoni
,
M.
Bowen
,
L.
Joly
,
S.
Boukari
,
P.
Ohresser
,
F.
Bertran
,
P.
Le Fèvre
,
P.
Thakur
,
F.
Scheurer
,
T.
Miyamachi
,
R.
Mattana
,
P.
Seneor
,
A.
Jaafar
,
C.
Rinaldi
,
S.
Javaid
,
J.
Arabski
,
J.-P.
Kappler
,
W.
Wulfhekel
,
N. B.
Brookes
,
R.
Bertacco
,
A.
Taleb-Ibrahimi
,
M.
Alouani
,
E.
Beaurepaire
, and
W.
Weber
,
Sci. Rep.
3
,
1272
(
2013
).
34.
S.
Sanvito
,
Nat. Phys.
6
,
562
(
2010
).
35.
K. V.
Raman
,
A. M.
Kamerbeek
,
A.
Mukherjee
,
N.
Atodiresei
,
T. K.
Sen
,
P.
Lazić
,
V.
Caciuc
,
R.
Michel
,
D.
Stalke
,
S. K.
Mandal
,
S.
Blügel
,
M.
Münzenberg
, and
J. S.
Moodera
,
Nature
493
,
509
(
2013
).
36.
G. Z.
Xing
,
X. S.
Fang
,
Z.
Zhang
,
D. D.
Wang
,
X.
Huang
,
J.
Guo
,
L.
Liao
,
Z.
Zheng
,
H. R.
Xu
,
T.
Yu
,
Z. X.
Shen
,
C. H. A.
Huan
,
T. C.
Sum
,
H.
Zhang
, and
T.
Wu
,
Nanotechnology
21
,
255701
(
2010
).
37.
G. Z.
Xing
,
D. D.
Wang
,
J. B.
Yi
,
L. L.
Yang
,
M.
Gao
,
M.
He
,
J. H.
Yang
,
J.
Ding
,
T. C.
Sum
, and
T.
Wu
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
112511
(
2010
).
38.
G. Z.
Xing
,
J. B.
Yi
,
D. D.
Wang
,
L.
Liao
,
T.
Yu
,
Z. X.
Shen
,
C. H. A.
Huan
,
T. C.
Sum
,
J.
Ding
, and
T.
Wu
,
Phys. Rev. B
79
,
174406
(
2009
).
39.
T.
El-Nabarawy
,
A. A.
Attia
, and
M. N.
Alaya
,
Mater. Lett.
24
,
319
(
1995
).
40.
D.
Sanyal
,
M.
Chakrabarti
,
T. K.
Roy
, and
A.
Chakrabarti
,
Phys. Letts. A
371
,
482
(
2007
).
41.
X. Y.
Xu
,
C. X.
Xu
,
J.
Dai
,
J. G.
Hu
,
F. J.
Li
, and
S.
Zhang
,
J. Phys. Chem. C
116
,
8813
(
2012
).
42.
Z. J.
Yan
,
Y. W.
Ma
,
D. L.
Wang
,
J. H.
Wang
,
Z. S.
Gao
,
L.
Wang
,
P.
Yu
, and
T.
Song
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
081911
(
2008
).
43.
G. Z.
Xing
,
Y. H.
Lu
,
Y. F.
Tian
,
J. B.
Yi
,
C. C.
Lim
,
Y. F.
Li
,
G. P.
Li
,
D. D.
Wang
,
B.
Yao
,
J.
Ding
,
Y. P.
Yuan
, and
T.
Wu
,
AIP Adv.
1
,
022152
(
2011
).
44.
N. H.
Hong
,
J.
Sakai
,
N.
Poirot
, and
V.
Brizé
,
Phys. Rev. B
73
,
132404
(
2006
).
45.
J. M. D.
Coey
,
Solid State Sci.
7
,
660
(
2005
).
46.
K. S.
Yang
,
R. Q.
Wu
,
L.
Shen
,
Y. P.
Feng
,
Y.
Dai
, and
B. B.
Huang
,
Phys. Rev. B
81
,
125211
(
2010
).
47.
W. A.
Adeagbo
,
G.
Fischer
,
A.
Ernst
, and
W.
Hergert
,
J. Phys.: Condens. Matter
22
,
436002
(
2010
).
48.
A.
Droghetti
,
C. D.
Pemmaraju
, and
S.
Sanvito
,
Phys. Rev. B
78
,
140404
R
(
2008
).
49.
S.
Banerjee
,
M.
Mandal
,
N.
Gayathri
, and
M.
Sardar
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
182501
(
2007
).
50.
A.
Sundaresan
and
C. N. R.
Rao
,
Nanotoday
4
,
96
(
2009
).
51.
L. Y.
Li
,
Y. H.
Cheng
,
X. G.
Luo
,
H.
Liu
,
G. H.
Wen
,
R. K.
Zheng
, and
S. P.
Ringer
,
Nanotechnology
21
,
145705
(
2010
).
52.
Z.
Zhang
,
J. B.
Yi
,
J.
Ding
,
L. M.
Wong
,
H. L.
Seng
,
S. J.
Wang
,
J. G.
Tao
,
G. P.
Li
,
G. Z.
Xing
,
T. C.
Sum
,
C. H. A.
Huan
, and
T.
Wu
,
J. Phys. Chem. C
112
,
9579
(
2008
).
53.
C.
Guglieri
and
J.
Chaboy
,
J. Phys. Chem. C
114
,
19629
(
2010
).
54.
H. W.
Peng
,
H. J.
Xiang
,
S. H.
Wei
,
S. S.
Li
,
J. B.
Xia
, and
J. B.
Li
,
Phys. Rev. Lett.
102
,
17201
(
2009
).
55.
J. M. D.
Coey
,
J.
Mlack
,
M.
Venkatesan
, and
P.
Stamenov
,
IEEE Trans. Mag.
46
,
2501
(
2010
).
56.
T.
Kataoka
,
Y.
Yamazaki
,
V. R.
Singh
,
A.
Fujimori
,
F.-H.
Chang
,
H.-J.
Lin
,
D. J.
Huang
,
C. T.
Chen
,
G. Z.
Xing
,
J. W.
Seo
,
C.
Panagopoulos
, and
T.
Wu
,
Phys. Rev. B
84
,
153203
(
2011
).
57.
M.
He
,
Y.
Tian
,
D.
Springer
,
I.
Putra
,
G. Z.
Xing
,
E.
Chia
,
S. A.
Cheng
, and
T.
Wu
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
222511
(
2011
).
58.
Y. F.
Tian
,
Y. F.
Li
, and
T.
Wu
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
222503
(
2011
).
59.
Y.
F.
Li
,
R.
Deng
,
G.
Z.
Xing
,
B.
Yao
and
T.
Wu
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
102506
(
2010
).
60.
Z. H.
Wang
,
D. Y.
Geng
,
S.
Guo
,
W. J.
Hu
, and
Z. D.
Zhang
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
242505
(
2008
).
61.
S. R.
Shinde
,
S. B.
Ogale
,
J. S.
Higgins
,
H.
Zheng
,
A. J.
Millis
,
V. N.
Kulkarmi
,
R.
Ramesh
,
R. L.
Greene
, and
T.
Venkatesan
,
Phys. Rev. Lett.
92
,
166601
(
2004
).
You do not currently have access to this content.