We investigate the effect of high magnetic-field annealing on the microstructural, ferroelectric, and magnetic properties of Bi6Fe1.4Co0.6Ti3O18 thin films. The magnetic field can lower the energy barrier for nucleation and improve the grain connectivity. The application of magnetic field of 6T parallel to the film plane can substantially enhance the remnant polarization Pr from 18.1 to 29 μC/cm2 as a result of the variation in grain size and growth orientation caused by magnetic field annealing. Moreover, the remnant magnetization Mr is substantially improved from 2.48 to 4.56 emu/cm3 arising from the enhanced exchange coupling due to the better grain connectivity. These results demonstrate that high magnetic-field annealing is an effective way to optimize multiferroic properties of the Aurivillius compounds.
References
1.
W.
Eerenstein
, N. D.
Mathur
, and J. F.
Scott
, Nature
442
, 759
(2006
).2.
S.-W.
Cheong
and M.
Mostovoy
, Nat. Mater.
6
, 13
(2007
).3.
R.
Ramesh
and N. A.
Spaldin
, Nat. Mater.
6
, 21
(2007
).4.
5.
6.
B. H.
Park
, S. J.
Hyun
, S. D.
Bu
, T. W.
Noh
, J.
Lee
, H.-D.
Kim
, T. H.
Kim
, and W.
Jo
, Appl. Phys. Lett.
74
, 1907
(1999
).7.
S. E.
Cummins
and L. E.
Cross
, J. Appl. Phys.
39
, 2268
(1968
).8.
X. Z.
Zuo
, J.
Yang
, B.
Yuan
, D. P.
Song
, X. W.
Tang
, K. J.
Zhang
, X. B.
Zhu
, W. H.
Song
, J. M.
Dai
, and Y. P.
Sun
, RSC Adv.
4
, 46704
(2014
).9.
J.
Yang
, L. H.
Yin
, Z.
Liu
, X. B.
Zhu
, W. H.
Song
, J. M.
Dai
, Z. R.
Yang
, and Y. P.
Sun
, Appl. Phys. Lett.
101
, 012402
(2012
).10.
B.
Yuan
, J.
Yang
, J.
Chen
, X. Z.
Zuo
, L. H.
Yin
, X. W.
Tang
, X. B.
Zhu
, J. M.
Dai
, W. H.
Song
, and Y. P.
Sun
, Appl. Phys. Lett.
104
, 062413
(2014
).11.
X. Z.
Zuo
, J.
Yang
, D. P.
Song
, B.
Yuan
, X. W.
Tang
, K. J.
Zhang
, X. B.
Zhu
, W. H.
Song
, J. M.
Dai
, and Y. P.
Sun
, J. Appl. Phys.
116
, 154102
(2014
).12.
X. W.
Dong
, K. F.
Wang
, J. G.
Wan
, J. S.
Zhu
, and J.-M.
Liu
, J. Appl. Phys.
103
, 094101
(2008
).13.
X.
Mao
, H.
Sun
, W.
Wang
, X.
Chen
, and Y.
Lu
, Appl. Phys. Lett.
102
, 072904
(2013
).14.
K.
Watanabe
and S.
Awaji
, J. Low Temp. Phys.
133
, 17
(2003
).15.
W. J.
Luo
, D. L.
Wang
, F. W.
Wang
, T.
Liu
, J. W.
Cai
, L. Y.
Zhang
, and Y. L.
Liu
, Appl. Phys. Lett.
94
, 202507
(2009
).16.
Y. W.
Ma
, A. X.
Xu
, X. H.
Li
, X. P.
Zhang
, M.
Guilloux-Viry
, O.
Pena
, S.
Awaji
, and K.
Watanabe
, Appl. Phys. Lett.
89
, 152505
(2006
).17.
Y. W.
Ma
, K.
Watanabe
, S.
Awaji
, and M.
Motokawa
, Appl. Phys. Lett.
77
, 3633
(2000
).18.
Z.
Liu
, J.
Yang
, X. W.
Tang
, L. H.
Yin
, X. B.
Zhu
, J. M.
Dai
, and Y. P.
Sun
, Appl. Phys. Lett.
101
, 122402
(2012
).19.
M.
Suzuki
, Y. J.
Noguchi
, T.
Uchikoahi
, and M.
Miyayama
, J. Electroceram.
24
, 91
(2010
).20.
L.
Keeney
, C.
Groh
, S.
Kulkarni
, S.
Roy
, M. E.
Pemble
, and R. W.
Whatmore
, J. Appl. Phys.
112
, 024101
(2012
).21.
Y.
Ma
, A.
Xu
, X.
Li
, X.
Zhang
, S.
Awaji
, and K.
Watanabe
, Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
45
, L493
(2006
).22.
P.
de Rango
, M.
Lees
, P.
Lejay
, A.
Sulpice
, R.
Tournie
, M.
Ingold
, P.
Germi
, and M.
Pernet
, Nature
349
, 770
(1991
).23.
Y. W.
Ma
, K.
Watanabe
, S.
Awaji
, and M.
Motokawa
, Phys. Rev. B
65
, 174527
(2002
).24.
S.
Tsurekawa
, K.
Harada
, T.
Sasaki
, T.
Matsuzaki
, and T.
Watanabe
, Mater. Trans., JIM
41
, 991
(2000
).25.
B. Z.
Cui
, M. Q.
Huang
, R. H.
Yu
, A.
Kramp
, J.
Dent
, D. D.
Miles
, and S.
Liu
, J. Appl. Phys.
93
, 8128
(2003
).26.
H. Y.
Zhao
, H.
Kimura
, Z. X.
Cheng
, M.
Osada
, J. L.
Wang
, X. L.
Wang
, S. X.
Dou
, Y.
Liu
, J. D.
Yu
, T.
Matsumoto
, T.
Tohei
, N.
Shibata
, and Y.
Ikuhara
, Sci. Rep.
4
, 5255
(2014
).27.
W.
Bai
, Y. Q.
Gao
, J. Y.
Zhu
, X. J.
Meng
, T.
Lin
, J.
Yang
, Z. Q.
Zhu
, and J. H.
Chu
, J. Appl. Phys.
109
, 064901
(2011
).28.
C. A.
Randall
, N.
Kim
, J.
Kucera
, W.
Cao
, and T. R.
Shrout
, J. Am. Ceram. Soc.
81
, 677
(1998
).29.
S.
Nakashima
, H.
Fujisawa
, S.
Ichikawa
, J.
Park
, T.
Kanashima
, M.
Okuyama
, and M.
Shimizu
, J. Appl. Phys.
108
, 074106
(2010
).30.
J. B.
Goodenough
, J. Phys. Chem. Solids
6
, 287
(1958
).31.
J.
Kanamori
, J. Phys. Chem. Solids
10
, 87
(1959
).32.
I.
Dzyaloshinsky
, J. Phys. Chem. Solids
4
, 241
(1958
).33.
T.
Moriya
, Phys. Rev.
120
, 91
(1960
).34.
I. A.
Sergienko
and E.
Dagotto
, Phys. Rev. B
73
, 094434
(2006
).35.
B. C.
Nam
, W. S.
Kim
, H. S.
Choi
, J. C.
Kim
, N. H.
Hur
, I. S.
Kim
, and Y. K.
Park
, J. Phys. D: Appl. Phys.
34
, 54
(2001
).36.
T. M.
Zhao
, Y. Y.
Hao
, X. R.
Xu
, Y. S.
Yang
, and Z. Q.
Hu
, J. Appl. Phys.
85
, 518
(1999
).© 2015 AIP Publishing LLC.
2015
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.
