We have discovered strong magnetoelectric (ME) effects in the single chiral-helical magnetic state of single-crystalline langasite Ba3NbFe3Si2O14 that is crystallographically chiral. The ferroelectric polarization, predominantly aligned along the a axis below the Nèel temperature of ∼27 K, changes in a highly non-linear fashion in the presence of in-plane magnetic fields (H) perpendicular to the a axis (H//b*). This ME effect as well as smaller ME effects in other directions exhibit no poling dependence, suggesting the presence of a self-formed single ME domain. In addition, these ME effects accompany no-measurable hysteresis, which is crucial for many technological applications.

1.
Y.
Tokura
and
S.
Seki
,
Adv. Mater.
22
,
1554
(
2010
).
2.
S.-W.
Cheong
and
M.
Mostovoy
,
Nature Mater.
6
,
13
(
2007
).
3.
Y. J.
Choi
,
H. T.
Yi
,
S.
Lee
,
Q.
Huang
,
V.
Kiryukhin
, and
S. W.
Cheong
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
047601
(
2008
).
4.
M.
Kenzelmann
,
G.
Lawes
,
A. B.
Harris
,
G.
Gasparovic
,
C.
Broholm
,
A. P.
Ramirez
,
G. A.
Jorge
,
M.
Jaime
,
S.
Park
,
Q.
Huang
,
A. Y.
Shapiro
, and
L. A.
Demianets
,
Phys. Rev. Lett.
98
,
267205
(
2007
).
5.
T.
Goto
,
T.
Kimura
,
G.
Lawes
,
A. P.
Ramirez
, and
Y.
Tokura
,
Phys. Rev. Lett.
92
,
257201
(
2004
).
6.
L.
Zhao
,
T.-L.
Hung
,
C.-C.
Li
,
Y.-Y.
Chen
,
M.-K.
Wu
,
R. K.
Kremer
,
M. G.
Banks
,
A.
Simon
,
M.-H.
Whangbo
,
C.
Lee
,
J. S.
Kim
,
I.
Kim
, and
K. H.
Kim
,
Adv. Mater.
24
,
2469
(
2012
).
7.
S.
Park
,
Y. J.
Choi
,
C. L.
Zhang
, and
S. W.
Cheong
,
Phys. Rev. Lett.
98
,
057601
(
2007
).
8.
K.
Marty
,
V.
Simonet
,
E.
Ressouche
,
R.
Ballou
,
P.
Lejay
, and
P.
Bordet
,
Phys. Rev. Lett.
101
,
247201
(
2008
).
9.
H. D.
Zhou
,
L. L.
Lumata
,
P. L.
Kuhns
,
A. P.
Reyes
,
E. S.
Choi
,
N. S.
Dalal
,
J.
Lu
,
Y. J.
Jo
,
L.
Balicas
,
J. S.
Brooks
, and
C. R.
Wiebe
,
Chem. Mater.
21
,
156
(
2009
).
10.
S. A.
Pikin
and
I. S.
Lyubutin
,
Phys. Rev. B
86
,
064414
(
2012
).
11.
S. S.
Rathore
,
S. K.
Mishra
, and
S.
Vitta
,
J. Appl. Phys.
111
,
074103
(
2012
).
12.
C.
Stock
,
L. C.
Chapon
,
A.
Schneidewind
,
Y.
Su
,
P. G.
Radaelli
,
D. F.
McMorrow
,
A.
Bombardi
,
N.
Lee
, and
S. W.
Cheong
,
Phys. Rev. B
83
,
104426
(
2011
).
13.
V.
Scagnoli
,
S. W.
Huang
,
M.
Garganourakis
,
R. A.
de Souza
,
U.
Staub
,
V.
Simonet
,
P.
Lejay
, and
R.
Ballou
,
Phys. Rev. B
88
,
104417
(
2013
).
14.
M.
Loire
,
V.
Simonet
,
S.
Petit
,
K.
Marty
,
P.
Bordet
,
P.
Lejay
,
J.
Ollivier
,
M.
Enderle
,
P.
Steffens
,
E.
Ressouche
,
A.
Zorko
, and
R.
Ballou
,
Phys. Rev. Lett.
106
,
207201
(
2011
).
15.
H. D.
Zhou
,
Y.
Barlas
,
C. R.
Wiebe
,
Y.
Qiu
,
J. R. D.
Copley
, and
J. S.
Gardner
,
Phys. Rev. B
82
,
132408
(
2010
).
16.
A.
Zorko
,
M.
Pregelj
,
A.
Potočnik
,
J.
van Tol
,
A.
Ozarowski
,
V.
Simonet
,
P.
Lejay
,
S.
Petit
, and
R.
Ballou
,
Phys. Rev. Lett.
107
,
257203
(
2011
).
17.
C.
Lee
,
E.
Kan
,
H.
Xiang
, and
M.-H.
Whangbo
,
Chem. Mater.
22
,
5290
(
2010
).
18.
K.
Marty
,
P.
Bordet
,
V.
Simonet
,
M.
Loire
,
R.
Ballou
,
C.
Darie
,
J.
Kljun
,
P.
Bonville
,
O.
Isnard
,
P.
Lejay
,
B.
Zawilski
, and
C.
Simon
,
Phys. Rev. B
81
,
054416
(
2010
).
19.
K. Y.
Choi
,
Z.
Wang
,
A.
Ozarowski
,
J.
van Tol
,
H. D.
Zhou
,
C. R.
Wiebe
,
Y.
Skourski
, and
N. S.
Dalal
,
J. Phys.: Condens. Matter
24
,
246001
(
2012
).
20.
L.
Chaix
,
S.
de Brion
,
F.
Lévy-Bertrand
,
V.
Simonet
,
R.
Ballou
,
B.
Canals
,
P.
Lejay
,
J. B.
Brubach
,
G.
Creff
,
F.
Willaert
,
P.
Roy
, and
A.
Cano
,
Phys. Rev. Lett.
110
,
157208
(
2013
).
21.
T.
Kimura
,
T.
Goto
,
H.
Shintani
,
K.
Ishizaka
,
T.
Arima
, and
Y.
Tokura
,
Nature
426
,
55
(
2003
).
22.
N.
Lee
,
C.
Vecchini
,
Y. J.
Choi
,
L. C.
Chapon
,
A.
Bombardi
,
P. G.
Radaelli
, and
S. W.
Cheong
,
Phys. Rev. Lett.
110
,
137203
(
2013
).
You do not currently have access to this content.