In this study, we report on a temperature-driven antiferromagnetic (AF) spin reorientation transition in micro- and nanostructures of AF/ferromagnetic (FM) LaFeO3/La0.7Sr0.3MnO3 thin film bilayers. Using a combination of x-ray photoemission electron microscopy and x-ray absorption spectroscopy, the Néel vector is shown to reorient 90° as a result of the competition between a shape-imposed anisotropy in the AF layer and interface coupling to the adjacent FM layer. We demonstrate how a temperature dependence of the AF/FM spin configuration in line-shaped nanomagnets can be tuned by variation of their linewidth. This work provides insight into the AF/FM interface exchange coupling in complex oxide heterostructures and the possibilities of spin control by nanostructuring in thin film spintronics.

1.
J.
Nogués
and
I. K.
Schuller
,
J. Magn. Magn. Mater.
192
(
2
),
203
(
1999
).
2.
M.
Kiwi
,
J. Magn. Magn. Mater.
234
(
3
),
584
(
2001
).
3.
W.
Zhang
and
K. M.
Krishnan
,
Mater. Sci. Eng.: R: Rep.
105
,
1
(
2016
).
4.
T.
Jungwirth
,
X.
Marti
,
P.
Wadley
, and
J.
Wunderlich
,
Nat. Nanotechnol.
11
(
3
),
231
(
2016
).
5.
T.
Jungwirth
,
J.
Sinova
,
A.
Manchon
,
X.
Marti
,
J.
Wunderlich
, and
C.
Felser
,
Nat. Phys.
14
(
3
),
200
(
2018
).
6.
E. V.
Gomonay
and
V. M.
Loktev
,
Low Temp. Phys.
40
(
1
),
17
(
2014
).
7.
S. Y.
Bodnar
,
L.
Šmejkal
,
I.
Turek
,
T.
Jungwirth
,
O.
Gomonay
,
J.
Sinova
,
A. A.
Sapozhnik
,
H. J.
Elmers
,
M.
Kläui
, and
M.
Jourdan
,
Nat. Commun.
9
(
1
),
348
(
2018
).
8.
P.
Wadley
,
B.
Howells
,
J.
Železný
,
C.
Andrews
,
V.
Hills
,
R. P.
Campion
,
V.
Novák
,
K.
Olejník
,
F.
Maccherozzi
,
S. S.
Dhesi
,
S. Y.
Martin
,
T.
Wagner
,
J.
Wunderlich
,
F.
Freimuth
,
Y.
Mokrousov
,
J.
Kuneš
,
J. S.
Chauhan
,
M. J.
Grzybowski
,
A. W.
Rushforth
,
K. W.
Edmonds
,
B. L.
Gallagher
, and
T.
Jungwirth
,
Science
351
(
6273
),
587
(
2016
).
9.
M. J.
Grzybowski
,
P.
Wadley
,
K. W.
Edmonds
,
R.
Beardsley
,
V.
Hills
,
R. P.
Campion
,
B. L.
Gallagher
,
J. S.
Chauhan
,
V.
Novak
,
T.
Jungwirth
,
F.
Maccherozzi
, and
S. S.
Dhesi
,
Phys. Rev. Lett.
118
(
5
),
057701
(
2017
).
10.
J.
Zhu
,
Q.
Li
,
J. X.
Li
,
Z.
Ding
,
C. Y.
Hua
,
M. J.
Huang
,
H. J.
Lin
,
Z.
Hu
,
C.
Won
, and
Y. Z.
Wu
,
J. Appl. Phys.
115
(
19
),
193903
(
2014
).
11.
J.
Li
,
E.
Arenholz
,
Y.
Meng
,
A.
Tan
,
J.
Park
,
E.
Jin
,
H.
Son
,
J.
Wu
,
C. A.
Jenkins
,
A.
Scholl
,
H. W.
Zhao
,
C.
Hwang
, and
Z. Q.
Qiu
,
Phys. Rev. B
84
(
1
),
012406
(
2011
).
12.
W.
Kim
,
E.
Jin
,
J.
Wu
,
J.
Park
,
E.
Arenholz
,
A.
Scholl
,
C.
Hwang
, and
Z. Q.
Qiu
,
Phys. Rev. B
81
(
17
),
174416
(
2010
).
13.
Y. Z.
Wu
,
Z. Q.
Qiu
,
Y.
Zhao
,
A. T.
Young
,
E.
Arenholz
, and
B.
Sinkovic
,
Phys. Rev. B
74
(
21
),
212402
(
2006
).
14.
Q.
Li
,
T.
Gu
,
J.
Zhu
,
Z.
Ding
,
J. X.
Li
,
J. H.
Liang
,
Y. M.
Luo
,
Z.
Hu
,
C. Y.
Hua
,
H. J.
Lin
,
T. W.
Pi
,
C.
Won
, and
Y. Z.
Wu
,
Phys. Rev. B
91
(
10
),
104424
(
2015
).
15.
P. J.
Jensen
and
H.
Dreyssé
,
Phys. Rev. B
66
(
22
),
220407
(
2002
).
16.
P. J.
Jensen
,
H.
Dreyssé
, and
M.
Kiwi
,
Eur. Phys. J. B
46
(
4
),
541
(
2005
).
17.
F. I. F.
Nascimento
,
A. L.
Dantas
,
L. L.
Oliveira
,
V. D.
Mello
,
R. E.
Camley
, and
A. S.
Carriço
,
Phys. Rev. B
80
(
14
),
144407
(
2009
).
18.
J. H.
Seok
,
H. Y.
Kwon
,
S. S.
Hong
,
Y. Z.
Wu
,
Z. Q.
Qiu
, and
C.
Won
,
Phys. Rev. B
80
(
17
),
174407
(
2009
).
19.
W.
Zhang
and
K. M.
Krishnan
,
Phys. Rev. B
88
(
2
),
024428
(
2013
).
20.
J.
Li
,
M.
Przybylski
,
F.
Yildiz
,
X. L.
Fu
, and
Y. Z.
Wu
,
Phys. Rev. B
83
(
9
),
094436
(
2011
).
21.
Q.
Zhan
and
K. M.
Krishnan
,
Appl. Phys. Lett.
96
(
11
),
112506
(
2010
).
22.
E.
Folven
,
T.
Tybell
,
A.
Scholl
,
A.
Young
,
S. T.
Retterer
,
Y.
Takamura
, and
J. K.
Grepstad
,
Nano Lett.
10
(
11
),
4578
(
2010
).
23.
E.
Folven
,
A.
Scholl
,
A.
Young
,
S. T.
Retterer
,
J. E.
Boschker
,
T.
Tybell
,
Y.
Takamura
, and
J. K.
Grepstad
,
Phys. Rev. B
84
(
22
),
220410
(
2011
).
24.
E.
Folven
,
A.
Scholl
,
A.
Young
,
S. T.
Retterer
,
J. E.
Boschker
,
T.
Tybell
,
Y.
Takamura
, and
J. K.
Grepstad
,
Nano Lett.
12
(
5
),
2386
(
2012
).
25.
Y.
Takamura
,
E.
Folven
,
J. B. R.
Shu
,
K. R.
Lukes
,
B.
Li
,
A.
Scholl
,
A. T.
Young
,
S. T.
Retterer
,
T.
Tybell
, and
J. K.
Grepstad
,
Phys. Rev. Lett.
111
(
10
),
107201
(
2013
).
26.
M. S.
Lee
,
T. A.
Wynn
,
E.
Folven
,
R. V.
Chopdekar
,
A.
Scholl
,
S. T.
Retterer
,
J. K.
Grepstad
, and
Y.
Takamura
,
Phys. Rev. Mater.
1
(
1
),
014402
(
2017
).
27.
A. D.
Bang
,
F. K.
Olsen
,
S. D.
Slöetjes
,
A.
Scholl
,
S. T.
Retterer
,
C. A. F.
Vaz
,
T.
Tybell
,
E.
Folven
, and
J. K.
Grepstad
,
Appl. Phys. Lett.
113
(
13
),
132402
(
2018
).
28.
J. E.
Boschker
,
E.
Folven
,
Å. F.
Monsen
,
E.
Wahlström
,
J. K.
Grepstad
, and
T.
Tybell
,
Cryst. Growth Des.
12
(
2
),
562
(
2012
).
29.
Y.
Takamura
,
R. V.
Chopdekar
,
A.
Scholl
,
A.
Doran
,
J. A.
Liddle
,
B.
Harteneck
, and
Y.
Suzuki
,
Nano Lett.
6
(
6
),
1287
(
2006
).
30.
P.
Lecoeur
,
P. L.
Trouilloud
,
G.
Xiao
,
A.
Gupta
,
G. Q.
Gong
, and
X. W.
Li
,
J. Appl. Phys.
82
(
8
),
3934
(
1997
).
31.
M.
Mathews
,
F. M.
Postma
,
J. C.
Lodder
,
R.
Jansen
,
G.
Rijnders
, and
D. H. A.
Blank
,
Appl. Phys. Lett.
87
(
24
),
242507
(
2005
).
32.
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
(
5455
),
1014
(
2000
).
33.
J. K.
Grepstad
,
Y.
Takamura
,
A.
Scholl
,
I.
Hole
,
Y.
Suzuki
, and
T.
Tybell
,
Thin Solid Films
486
(
1
),
108
(
2005
).
34.
S.
Czekaj
,
F.
Nolting
,
L. J.
Heyderman
,
P. R.
Willmott
, and
G.
van der Laan
,
Phys. Rev. B
73
(
2
),
020401
(
2006
).
35.
E.
Arenholz
,
G.
van der Laan
,
R. V.
Chopdekar
, and
Y.
Suzuki
,
Phys. Rev. B
74
(
9
),
094407
(
2006
).
36.
E.
Arenholz
,
G.
van der Laan
,
F.
Yang
,
N.
Kemik
,
M. D.
Biegalski
,
H. M.
Christen
, and
Y.
Takamura
,
Appl. Phys. Lett.
94
(
7
),
072503
(
2009
).
37.
M. S.
Lee
, Doctoral thesis,
University of California
, Davis,
2018
.
38.
E.
Folven
,
Y.
Takamura
, and
J. K.
Grepstad
,
J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom.
185
(
10
),
381
(
2012
).
39.
S.
Czekaj
,
F.
Nolting
,
L. J.
Heyderman
,
K.
Kunze
, and
M.
Krüger
,
J. Phys.: Condens. Matter
19
(
38
),
386214
(
2007
).
40.
O.
Gomonay
,
S.
Kondovych
, and
V.
Loktev
,
J. Magn. Magn. Mater.
354
,
125
(
2014
).
41.
G. R.
Hoogeboom
,
A.
Aqeel
,
T.
Kuschel
,
T. T. M.
Palstra
, and
B. J.
van Wees
,
Appl. Phys. Lett.
111
(
5
),
052409
(
2017
).
42.
A. A.
Sapozhnik
,
R.
Abrudan
,
Y.
Skourski
,
M.
Jourdan
,
H.
Zabel
,
M.
Kläui
, and
H. J.
Elmers
,
Phys. Status Solidi RRL
11
(
4
),
1600438
(
2017
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.