Epitaxial ferroelectric thin films of PbTiO3 (PTO) grown on top of nominally La0.7Sr0.3MnO3 (LSMO) submicron hillocks on Nb-doped SrTiO3 (100) substrate were investigated by means of scanning transmission electron microscopy. 180° ferroelectric domains were observed in the c-axis oriented PTO films. The formation and configuration of ferroelectric domains and domain walls were found to exhibit strong correlation with the thickness of the underlying LSMO hillocks. The domain walls start at the locations of the hillocks where the LSMO layer has a thickness of about 3 nm. Our results demonstrate that controlling the thickness variation (shape) of the LSMO hillocks can manipulate the position and density of the ferroelectric domain walls, which are considered to be the active elements for future nanoelectronics.

1.
A. S.
Bhalla
,
R. Y.
Guo
, and
R.
Roy
,
Mater. Res. Innovations
4
,
3
26
(
2000
).
2.
N. A.
Benedek
and
C. J.
Fennie
,
J. Phys. Chem. C
117
,
13339
13349
(
2013
).
3.
J. G.
Bednorz
and
K. A.
Müller
,
Rev. Mod. Phys.
60
,
585
600
(
1988
).
4.
R.
Micnas
,
J.
Ranninger
, and
S.
Robaszkiewicz
,
Rev. Mod. Phys.
62
,
113
171
(
1990
).
5.
M. B.
Salamon
and
M.
Jaime
,
Rev. Mod. Phys.
73
,
583
628
(
2001
).
6.
R.
Ramesh
and
N. A.
Spaldin
,
Nat. Mater.
6
,
21
29
(
2007
).
7.
G.
Catalan
and
J. F.
Scott
,
Adv. Mater.
21
,
2463
2485
(
2009
).
8.
M.
Dawber
,
K. M.
Rabe
, and
J. F.
Scott
,
Rev. Mod. Phys.
77
,
1083
1130
(
2005
).
9.
H. J.
Snaith
,
J. Phys. Chem. Lett.
4
,
3623
3630
(
2013
).
10.
A.
Morelli
,
S.
Venkatesan
,
B. J.
Kooi
,
G.
Palasantzas
, and
J. Th. M. De
Hosson
,
J. Appl. Phys.
105
,
064106
(
2009
).
11.
C. L.
Jia
,
K. W.
Urban
,
M.
Alexe
,
D.
Hesse
, and
I.
Vrejoiu
,
Science
331
,
1420
1423
(
2011
).
12.
I.
Vrejoiu
,
A.
Morelli
,
F.
Johann
, and
D.
Biggemann
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
082906
(
2011
).
13.
Y.
Kim
,
S.
Jesse
,
A.
Morelli
,
S. V.
Kalinin
, and
I.
Vrejoiu
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
192901
(
2013
).
14.
L.
Jiang
,
W. S.
Choi
,
H.
Jeen
,
T.
Egami
, and
H. N.
Lee
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
042902
(
2012
).
15.
S. K.
Streiffer
,
J. A.
Eastman
,
D. D.
Fong
,
C.
Thompson
,
A.
Munkholm
,
M. V. R.
Murty
,
O.
Auciello
,
G. R.
Bai
, and
G. B.
Stephenson
,
Phys. Rev. Lett.
89
,
067601
(
2002
).
16.
D. D.
Fong
,
G. B.
Stephenson
,
S. K.
Streiffer
,
J. A.
Eastman
,
O.
Auciello
,
P. H.
Fuoss
, and
C.
Thompson
,
Science
304
,
1650
1653
(
2004
).
17.
I.
Kornev
,
H. X.
Fu
, and
L.
Bellaiche
,
Phys. Rev. Lett.
93
,
196104
(
2004
).
18.
S.
Prosandeev
and
L.
Bellaiche
,
Phys. Rev. B
75
,
172109
(
2007
).
19.
P.
Aguado-Puente
and
J.
Junquera
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
177601
(
2008
).
20.
A.
Lubk
,
S.
Gemming
, and
N. A.
Spaldin
,
Phys. Rev. B
80
,
104110
(
2009
).
21.
A. V.
Goltsev
,
R. V.
Pisarev
,
Th.
Lottermoser
, and
M.
Fiebig
,
Phys. Rev. Lett.
90
,
177204
(
2003
).
22.
C. L.
Jia
,
S. B.
Mi
,
K.
Urban
,
I.
Vrejoiu
,
M.
Alexe
, and
D.
Hesse
,
Nat. Mater.
7
,
57
61
(
2008
).
23.
P.
Gao
,
C. T.
Nelson
,
J. R.
Jokisaari
,
S. H.
Baek
,
C. W.
Bark
,
Y.
Zhang
,
E. G.
Wang
,
D. G.
Schlom
,
C. B.
Eom
, and
X. Q.
Pan
,
Nat. Commun.
2
,
591
(
2011
).
24.
P.
Gao
,
J.
Britson
,
J. R.
Jokisaari
,
C. T.
Nelson
,
S. H.
Baek
,
Y. R.
Wang
,
C. B.
Eom
,
L. Q.
Chen
, and
X. Q.
Pan
,
Nat. Commun.
4
,
2791
(
2013
).
25.
C. T.
Nelson
,
B.
Winchester
,
Y.
Zhang
,
S. J.
Kim
,
A.
Melville
,
C.
Adamo
,
C. M.
Folkman
,
S. H.
Baek
,
C. B.
Eom
,
D. G.
Schlom
,
L. Q.
Chen
, and
X. Q.
Pan
,
Nano Lett.
11
,
828
834
(
2011
).
26.
J.
Seidel
,
L. W.
Martin
,
Q.
He
,
Q.
Zhan
,
Y. H.
Chu
,
A.
Rother
,
M. E.
Hawkridge
,
P.
Maksymovych
,
P.
Yu
,
M.
Gajek
,
N.
Balke
,
S. V.
Kalinin
,
S.
Gemming
,
F.
Wang
,
G.
Catalan
,
J. F.
Scott
,
N. A.
Spaldin
,
J.
Orenstein
, and
R.
Ramesh
,
Nat. Mater.
8
,
229
234
(
2009
).
27.
J.
Seidel
,
P.
Maksymovych
,
Y.
Batra
,
A.
Katan
,
S. Y.
Yang
,
Q.
He
,
A. P.
Baddorf
,
S. V.
Kalinin
,
C. H.
Yang
,
J. C.
Yang
,
Y. H.
Chu
,
E. K. H.
Salje
,
H.
Wormeester
,
M.
Salmeron
, and
R.
Ramesh
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
197603
(
2010
).
28.
S. Y.
Yang
,
J.
Seidel
,
S. J.
Byrnes
,
P.
Shafer
,
C. H.
Yang
,
M. D.
Rossell
,
P.
Yu
,
Y. H.
Chu
,
J. F.
Scott
,
J. W.
Ager
 III
,
L. W.
Martin
, and
R.
Ramesh
,
Nat. Nanotechnol.
5
,
143
147
(
2010
).
29.
J.
Seidel
,
D. Y.
Fu
,
S. Y.
Yang
,
E.
Alarcón-Lladó
,
J. Q.
Wu
,
R.
Ramesh
, and
J. W.
Ager
 III
,
Phys. Rev. Lett.
107
,
126805
(
2011
).
30.
N.
Balke
,
B.
Winchester
,
W.
Ren
,
Y. H.
Chu
,
A. N.
Morozovska
,
E. A.
Eliseev
,
M.
Huijben
,
R. K.
Vasudevan
,
P.
Maksymovych
,
J.
Britson
,
S.
Jesse
,
I.
Kornev
,
R.
Ramesh
,
L.
Bellaiche
,
L. Q.
Chen
, and
S. V.
Kalinin
,
Nat. Phys.
8
,
81
88
(
2012
).
31.
G.
Catalan
,
J.
Seidel
,
R.
Ramesh
, and
J. F.
Scott
,
Rev. Mod. Phys.
84
,
119
156
(
2012
).
32.
M.
Heidelmann
,
J.
Barthel
, and
L.
Houben
,
Ultramicroscopy
109
,
1447
1452
(
2009
).
33.
R.
Ishikawa
,
E.
Okunishi
,
H.
Sawada
,
Y.
Kondo
,
F.
Hosokawa
, and
E.
Abe
,
Nat. Mater.
10
,
278
281
(
2011
).
34.
J. S.
Jeong
,
P.
Ambwani
,
B.
Jalan
,
C.
Leighton
, and
K. A.
Mkhoyan
,
ACS Nano
7
,
4487
4494
(
2013
).
35.
M.
Huijben
,
L. W.
Martin
,
Y. H.
Chu
,
M. B.
Holcomb
,
P.
Yu
,
G.
Rijnders
,
D. H. A.
Blank
, and
R.
Ramesh
,
Phys. Rev. B
78
,
094413
(
2008
).
36.
H.
Boschker
,
J.
Kautz
,
E. P.
Houwman
,
W.
Siemons
,
D. H. A.
Blank
,
M.
Huijben
,
G.
Koster
,
A.
Vailionis
, and
G.
Rijnders
,
Phys. Rev. Lett.
109
,
157207
(
2012
).
37.
J. Z.
Sun
,
D. W.
Abraham
,
R. A.
Rao
, and
C. B.
Eom
,
Appl. Phys. Lett.
74
,
3017
3019
(
1999
).
You do not currently have access to this content.