In this manuscript, we examine ways to create multiferroic composites with controlled nanoscale architecture. We accomplished this by uniformly depositing piezoelectric lead zirconate titanate (PZT) into templated mesoporous, magnetostrictive cobalt ferrite (CFO) thin films to form nanocomposites in which strain can be transferred at the interface between the two materials. To study the magnetoelectric coupling, the nanostructure was electrically poled ex situ prior to magnetic measurements. No samples showed a change in in-plane magnetization as a function of voltage due to substrate clamping. Out-of-plane changes were observed, but contrary to expectations based on total PZT volume fraction, mesoporous CFO samples partially filled with PZT showed more change in out-of-plane magnetization than the sample with fully filled pores. This result suggests that residual porosity in the composite adds mechanical flexibility and results in greater magnetoelectric coupling.
References
1.
N. A.
Spaldin
and M.
Fiebig
, Science
309
(5733
), 391
(2005
).2.
C. W.
Nan
, M. I.
Bichurin
, S. X.
Dong
, D.
Viehland
, and G.
Srinivasan
, J. Appl. Phys.
103
(3
), 031101
(2008
).3.
C. A. F.
Vaz
, J.
Hoffman
, C. H.
Ahn
, and R.
Ramesh
, Adv. Mater.
22
(26–27
), 2900
(2010
).4.
H. Y.
Hwang
, Y.
Iwasa
, M.
Kawasaki
, B.
Keimer
, N.
Nagaosa
, and Y.
Tokura
, Nat. Mater.
11
(2
), 103
(2012
).5.
M.
Bibes
, J. E.
Villegas
, and A.
Barthelemy
, Adv. Phys.
60
(1
), 5
(2011
).6.
Y.
Wang
, J. M.
Hu
, Y. H.
Lin
, and C. W.
Nan
, NPG Asia Mater.
2
(2
), 61
(2010
).7.
R.
Ramesh
and N. A.
Spaldin
, Nat. Mater.
6
(1
), 21
(2007
).8.
G.
Lawes
and G.
Srinivasan
, J. Phys. D: Appl. Phys.
44
(24
), 243001
(2011
).9.
L. W.
Martin
, Y. H.
Chu
, and R.
Ramesh
, Mater. Sci. Eng., R
68
(4–6
), 89
(2010
).10.
L.
Martin
, S. P.
Crane
, Y. H.
Chu
, M. B.
Holcomb
, M.
Gajek
, M.
Huijben
, C. H.
Yang
, N.
Balke
, and R.
Ramesh
, J. Phys.: Condens. Matter
20
(43
), 434220
(2008
).11.
W.
Eerenstein
, N. D.
Mathur
, and J. F.
Scott
, Nature
442
(7104
), 759
(2006
).12.
H.
Zheng
, J.
Wang
, S. E.
Lofland
, Z.
Ma
, L.
Mohaddes-Ardabili
, T.
Zhao
, L.
Salamanca-Riba
, S. R.
Shinde
, S. B.
Ogale
, F.
Bai
, D.
Viehland
, Y.
Jia
, D. G.
Schlom
, M.
Wuttig
, A.
Roytburd
, and R.
Ramesh
, Science
303
(5658
), 661
(2004
).13.
N. M.
Aimon
, H. K.
Choi
, X. Y.
Sun
, D. H.
Kim
, and C. A.
Ross
, Adv. Mater.
26
(19
), 3063
(2014
).14.
X. L.
Zhong
, J. B.
Wang
, M.
Liao
, G. J.
Huang
, S. H.
Xie
, Y. C.
Zhou
, Y.
Qiao
, and J. P.
He
, Appl. Phys. Lett.
90
(15
), 152903
(2007
).15.
H.
Ryu
, P.
Murugavel
, J. H.
Lee
, S. C.
Chae
, T. W.
Noh
, Y. S.
Oh
, H. J.
Kim
, K. H.
Kim
, J. H.
Jang
, M.
Kim
, C.
Bae
, and J.-G.
Park
, Appl. Phys. Lett.
89
(10
), 102907
(2006
).16.
J. G.
Wan
, X. W.
Wang
, Y. J.
Wu
, M.
Zeng
, Y.
Wang
, H.
Jiang
, W. Q.
Zhou
, G. H.
Wang
, and J. M.
Liu
, Appl. Phys. Lett.
86
(12
), 122501
(2005
).17.
Y. G.
Ma
, W. N.
Cheng
, M.
Ning
, and C. K.
Ong
, Appl. Phys. Lett.
90
(15
), 152911
(2007
).18.
T.
Wu
, M. A.
Zurbuchen
, S.
Saha
, R. V.
Wang
, S. K.
Streiffer
, and J. F.
Mitchell
, Phys. Rev. B
73
(13
), 134416
(2006
).19.
Z.
Li
, Y.
Gao
, B.
Yang
, Y. H.
Lin
, R.
Yu
, and C. W.
Nan
, J. Am. Ceram. Soc.
94
(4
), 1060
(2011
).20.
W.
Chen
, W. G.
Zhu
, X. F.
Chen
, and Z. H.
Wang
, J. Am. Ceram. Soc.
93
(3
), 796
(2010
).21.
L. Y.
Ding
, F. X.
Wu
, Y. B.
Chen
, Z. B.
Gu
, and S. T.
Zhang
, Appl. Surf. Sci.
257
(9
), 3840
(2011
).22.
K.
Tahmasebi
, A.
Barzegar
, J.
Ding
, T. S.
Herng
, L.
Huang
, A.
Huang
, and S.
Shannigrahi
, Thin Solid Films
537
, 76
(2013
).23.
S.
Basu
, K. R.
Babu
, and R. N. P.
Choudhary
, Mater. Chem. Phys.
132
(2–3
), 570
(2012
).24.
N.
Ortega
, P.
Bhattacharya
, R. S.
Katiyar
, P.
Dutta
, A.
Manivannan
, M. S.
Seehra
, I.
Takeuchi
, and S. B.
Majumder
, J. Appl. Phys.
100
(12
), 126105
(2006
).25.
M.
Liu
, X.
Li
, J.
Lou
, S. J.
Zheng
, K.
Du
, and N. X.
Sun
, J. Appl. Phys.
102
(8
), 083911
(2007
).26.
J. G.
Wan
, H.
Zhang
, X. W.
Wang
, D. Y.
Pan
, J. M.
Liu
, and G. H.
Wang
, Appl. Phys. Lett.
89
(12
), 122914
(2006
).27.
M.
Ogawa
, J. Am. Chem. Soc.
116
(17
), 7941
(1994
).28.
C. J.
Brinker
, Y. F.
Lu
, A.
Sellinger
, and H. Y.
Fan
, Adv. Mater.
11
(7
), 579
(1999
).29.
T.
Brezesinski
, M.
Groenewolt
, A.
Gibaud
, N.
Pinna
, M.
Antonietti
, and B. M.
Smarsly
, Adv. Mater.
18
(17
), 2260
(2006
).30.
M.
Mamak
, N.
Coombs
, and G.
Ozin
, Adv. Mater.
12
(3
), 198
(2000
).31.
P. D.
Yang
, T.
Deng
, D. Y.
Zhao
, P. Y.
Feng
, D.
Pine
, B. F.
Chmelka
, G. M.
Whitesides
, and G. D.
Stucky
, Science
282
(5397
), 2244
(1998
).32.
D.
Fattakhova-Rohfing
, T.
Brezesinski
, J.
Rathousky
, A.
Feldhoff
, T.
Oekermann
, M.
Wark
, and B.
Smarsly
, Adv. Mater.
18
(22
), 2980
(2006
).33.
T. E.
Quickel
, L. T.
Schelhas
, R. A.
Farrell
, N.
Petkov
, V. H.
Le
, and S. H.
Tolbert
, Nat. Commun.
6
, 6562
(2015
).34.
T. E.
Quickel
, V. H.
Le
, T.
Brezesinski
, and S. H.
Tolbert
, Nano Lett.
10
(8
), 2982
(2010
).35.
S. M.
George
, Chem. Rev.
110
(1
), 111
(2010
).36.
J. H.
Choi
, F.
Zhang
, Y. C.
Perng
, and J. P.
Chang
, J. Vac. Sci. Technol. B
31
(1
), 012207
(2013
).37.
F.
Zhang
, Y. C.
Perng
, J. H.
Choi
, T.
Wu
, T. K.
Chung
, G. P.
Carman
, C.
Locke
, S.
Thomas
, S. E.
Saddow
, and J. P.
Chang
, J. Appl. Phys.
109
(12
), 124109
(2011
).38.
O.
Sugiyama
, K.
Murakami
, and S.
Kaneko
, J. Eur. Ceram. Soc.
24
(6
), 1157
–1160
(2004
).39.
M. R.
Baklanov
, K. P.
Mogilnikov
, V. G.
Polovinkin
, and F. N.
Dultsev
, J. Vac. Sci. Technol. B
18
(3
), 1385
(2000
).40.
S. J.
Gregg
and K. S. W.
Sing
, Adsorption, Surface Area, and Porosity
, 2nd ed. (Academic Press
, London, New York
, 1982
), p. xi.41.
J. M.
Benedetto
, R. A.
Moore
, and F. B.
McLean
, J. Appl. Phys.
75
, 460
(1994
).42.
I. G.
Jenkins
, T. K.
Song
, S.
Madhukar
, A. S.
Prakash
, S.
Aggarwal
, and R.
Ramesh
, Appl. Phys. Lett.
72
, 3300
(1998
).43.
S.
Dunn
, Integr. Ferroelectr.
59
, 1505
–1512
(2003
).44.
T.
Choi
, J.-S.
Kim
, B. H.
Park
, H.
Shin
, and J.
Lee
, Ferroelectrics
336
(1
), 271
–277
(2006
).45.
S.
Zhang
, Y. G.
Zhao
, P. S.
Li
, J. J.
Yang
, S.
Rizwan
, J. X.
Zhang
, J.
Seidel
, T. L.
Qu
, Y. J.
Yang
, Z. L.
Luo
, Q.
He
, T.
Zou
, Q. P.
Chen
, J. W.
Wang
, L. F.
Yang
, Y.
Sun
, Y. Z.
Wu
, X.
Xiao
, X. F.
Jin
, J.
Huang
, C.
Gao
, X. F.
Han
, and R.
Ramesh
, Phys. Rev. Lett.
108
, 137203
(2012
).46.
J. J.
Yang
, Y. G.
Zhao
, H. F.
Tian
, L. B.
Luo
, H. Y.
Zhang
, Y. J.
He
, and H. S.
Luo
, Appl. Phys. Lett.
94
, 212504
(2009
).© 2016 Author(s).
2016
Author(s)
You do not currently have access to this content.