Using polarization-dependent x-ray photoemission electron microscopy, we have investigated the surface effects on antiferromagnetic (AFM) domain formation. Depth-resolved information obtained from our study indicates the presence of strain-induced surface AFM domains on some of the cleaved NiO(100) crystals, which are unusually thinner than bulk AFM domain wall widths (∼150 nm). Existence of such magnetic skin layer is substantiated by exchange-coupled ferromagnetic Fe domains in Fe/NiO(100), thereby evidencing the influence of this surface AFM domains on interfacial magnetic coupling. Our observations demonstrate a depth evolution of AFM structure in presence of induced surface strain, while the surface symmetry-breaking in absence of induced strain does not modify the bulk AFM domain structure. Realization of such thin surface AFM layer will provide better microscopic understanding of the exchange bias phenomena.

1.
S. A.
Wolf
,
D. D.
Awschalom
,
R. A.
Buhrman
,
J. M.
Daughton
,
S. von
Molnár
,
M. L.
Roukes
,
A. Y.
Chtchelkanova
, and
D. M.
Treger
,
Science
294
,
1488
(
2001
).
2.
I.
Žutić
,
J.
Fabian
, and
S. D.
Sarma
,
Rev. Mod. Phys.
76
,
323
(
2004
).
3.
A. E.
Berkowitz
and
K.
Takano
,
J. Magn. Magn. Mater.
200
,
552
(
1999
).
4.
J.
Nogués
and
I. K.
Schuller
,
J. Magn. Magn. Mater.
192
,
203
(
1999
).
5.
S.
Mandal
,
S.
Banerjee
, and
K. S. R.
Menon
,
Phys. Rev. B
80
,
214420
(
2009
).
6.
S.
Mandal
,
K. S. R.
Menon
,
S. K.
Mahatha
, and
S.
Banerjee
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
232507
(
2011
).
7.
S.
Mandal
,
K. S. R.
Menon
,
F.
Maccherozzi
, and
R.
Belkhou
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
44
,
255003
(
2011
).
8.
S.
Mandal
,
K. S. R.
Menon
,
F.
Maccherozzi
, and
R.
Belkhou
,
Phys. Rev. B
80
,
184408
(
2009
).
9.
K. S. R.
Menon
,
S.
Mandal
,
J.
Das
,
T. O.
Menteş
,
M. A.
Niño
,
A.
Locatelli
, and
R.
Belkhou
,
Phys. Rev. B
84
,
132402
(
2011
).
10.
N. B.
Weber
,
H.
Ohldag
,
H.
Gomonaj
, and
F. U.
Hillebrecht
,
Phys. Rev. Lett.
91
,
237205
(
2003
).
11.
P.
Kuiper
,
B. G.
Searle
,
P.
Rudolf
,
L. H.
Tjeng
, and
C. T.
Chen
,
Phys. Rev. Lett.
70
,
1549
(
1993
).
12.
D.
Alders
,
J.
Vogel
,
C.
Levelut
,
S. D.
Peacor
,
T.
Hibma
,
M.
Sacchi
,
L. H.
Tjeng
,
C. T.
Chen
,
G. van der
Laan
,
B. T.
Thole
, and
G. A.
Sawatzky
,
Europhys. Lett.
32
,
259
(
1995
).
13.
S.
Altieri
,
M.
Finazzi
,
H. H.
Hsieh
,
H.-J.
Lin
,
C. T.
Chen
,
T.
Hibma
,
S.
Valeri
, and
G. A.
Sawatzky
,
Phys. Rev. Lett.
91
,
137201
(
2003
).
14.
S.
Gota
,
M.
Gautier-Soyer
, and
M.
Sacchi
,
Phys. Rev. B
64
,
224407
(
2001
).
15.
E.
Arenholz
,
G. van der
Laan
,
R. V.
Chopdekar
, and
Y.
Suzuki
,
Phys. Rev. B
74
,
094407
(
2006
).
16.
E.
Arenholz
,
G. van der
Laan
,
R. V.
Chopdekar
, and
Y.
Suzuki
,
Phys. Rev. Lett.
98
,
197201
(
2007
).
17.
I. P.
Krug
,
F. U.
Hillebrecht
,
H.
Gomonaj
,
M. W.
Haverkort
,
A.
Tanaka
,
L. H.
Tjeng
, and
C. M.
Schneider
,
Europhys. Lett.
81
,
17005
(
2008
).
18.
S. R.
Krishnakumar
,
M.
Liberati
,
C.
Grazioli
,
M.
Veronese
,
S.
Turchini
,
P.
Luches
,
S.
Valeri
, and
C.
Carbone
,
J. Magn. Magn. Mater.
310
,
8
(
2007
).
19.
S.
Mandal
and
K. S. R.
Menon
,
Eur. Phys. J. B
85
:
2
(
2012
).
20.
S.
Anders
,
H. A.
Padmore
,
R. M.
Duarte
,
T.
Renner
,
T.
Stammler
,
A.
Scholl
,
M. R.
Scheinfein
,
J.
Stöhr
,
L.
Séve
, and
B.
Sinkovic
,
Rev. Sci. Instrum.
70
,
3973
(
1999
).
21.
F.
Nolting
,
A.
Scholl
,
J.
Stöhr
,
J. W.
Seo
,
J.
Fompeyrine
,
H.
Siegwart
,
J.-P.
Locquet
,
S.
Anders
,
J.
Lüning
,
E. E.
Fullerton
,
M. F.
Toney
,
M. R.
Scheinfein
, and
H. A.
Padmore
,
Nature
405
,
767
(
2000
).
22.
A.
Scholl
,
J.
Stöhr
,
J.
Lüning
,
J. W.
Seo
,
J.
Fompeyrine
,
H.
Siegwart
,
J.-P.
Locquet
,
F.
Nolting
,
S.
Anders
,
E. E.
Fullerton
,
M. R.
Scheinfein
, and
H. A.
Padmore
,
Science
287
,
1014
(
2000
).
23.
G.
Schönhense
,
J. Phys.: Condens. Matter
11
,
9517
(
1999
).
24.
F. U.
Hillebrecht
,
H.
Ohldag
,
N. B.
Weber
,
C.
Bethke
,
U.
Mick
,
M.
Weiss
, and
J.
Bahrdt
,
Phys. Rev. Lett.
86
,
3419
(
2001
).
25.
J.
Stöhr
,
A.
Scholl
,
T. J.
Regan
,
S.
Anders
,
J.
Lüning
,
M. R.
Scheinfein
,
H. A.
Padmore
, and
R. L.
White
,
Phys. Rev. Lett.
83
,
1862
(
1999
).
26.
D.
Spanke
,
V.
Solinus
,
D.
Knabben
,
F. U.
Hillebrecht
,
F.
Ciccacci
,
L.
Gregoratti
, and
M.
Marsi
,
Phys. Rev. B
58
,
5201
(
1998
).
27.
H.
Ohldag
,
A.
Scholl
,
F.
Nolting
,
S.
Anders
,
F. U.
Hillebrecht
, and
J.
Stöhr
,
Phys. Rev. Lett.
86
,
2878
(
2001
).
28.
M.
Finazzi
,
A.
Brambilla
,
P.
Biagioni
,
J.
Graf
,
G.-H.
Gweon
,
A.
Scholl
,
A.
Lanzara
, and
L.
Duò
,
Phys. Rev. Lett.
97
,
097202
(
2006
).
29.
S.
Mandal
,
K. S. R.
Menon
,
F.
Maccherozzi
, and
R.
Belkhou
,
Europhys. Lett.
95
,
27006
(
2011
).
30.
T.
Yamada
,
J. Phys. Soc. Jpn.
21
,
664
(
1966
).
31.
32.
W. L.
Roth
,
J. Appl. Phys.
31
,
2000
(
1960
).
33.
T.
Yamada
,
S.
Saito
, and
Y.
Shimomura
,
J. Phys. Soc. Jpn.
21
,
672
(
1966
).
34.
K.
Nakahigashi
,
N.
Fukuoka
, and
Y.
Shimomura
,
J. Phys. Soc. Jpn.
38
,
1634
(
1975
).
35.
B. H.
Frazer
,
B.
Gilbert
,
B. R.
Sonderegger
, and
G. De
Stasio
,
Surf. Sci.
537
,
161
(
2003
).
36.
T. J.
Regan
,
H.
Ohldag
,
C.
Stamm
,
F.
Nolting
,
J.
Lüning
,
J.
Stöhr
, and
R. L.
White
,
Phys. Rev. B
64
,
214422
(
2001
).
37.
A.
Scholl
,
M.
Liberati
,
E.
Arenholz
,
H.
Ohldag
, and
J.
Stöhr
,
Phys. Rev. Lett.
92
,
247201
(
2004
).
You do not currently have access to this content.