Uniaxial magnetic anisotropy was imposed on a CoFeB film by applying an in-plane magnetic field during growth. Electrically driven strain from a ferroelectric 0.68Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.32PbTiO3 (011) substrate resulted in giant magnetoelectric effects, whose coupling constant peaked at a record value of ∼8.0 × 10−6 s m−1. These large magnetoelectric effects arose due to non-volatile 90° rotations of the magnetic easy axis, reflecting a competition between the fixed growth anisotropy and the voltage-controlled magnetoelastic anisotropy. In contrast to previous work, our non-volatile rotations did not require the assistance of an applied magnetic field or the setting of an in-plane substrate polarization prior to deposition.
References
1.
M.
Fiebig
, J. Phys. D: Appl. Phys
38
, R123
(2005
).2.
W.
Eerenstein
, N. D.
Mathur
, and J. F.
Scott
, Nature
442
, 759
(2006
).3.
R.
Ramesh
and N. A.
Spaldin
, Nat. Mater.
6
, 21
(2007
).4.
G.
Catalan
and J. F.
Scott
, Adv. Mater.
21
, 2463
(2009
).5.
M.
Bibes
and A.
Barthélémy
, Nat. Mater.
7
, 425
(2008
).6.
J. M.
Hu
, Z.
Li
, L. Q.
Chen
, and C. W.
Nan
, Nat. Commun.
2
, 553
(2011
).7.
S.-W.
Cheong
and M.
Mostvoy
, Nat. Mater.
6
, 13
(2007
).8.
C.-W.
Nan
, M. I.
Bichurin
, S.
Dong
, D.
Viehland
, and G.
Srinivasan
, J. Appl. Phys.
103
, 031101
(2008
).9.
H.
Ohno
, D.
Chiba
, F.
Matsukura
, T.
Omiya
, E.
Abe
, T.
Dietl
, Y.
Ohno
, and K.
Ohtani
, Nature
408
, 944
(2000
).10.
D.
Chiba
, M.
Yamanouchi
, F.
Matsukura
, and H.
Ohno
, Science
301
, 943
(2003
).11.
D.
Chiba
, M.
Sawicki
, Y.
Nishitani
, Y.
Nakatani
, F.
Matsukura
, and H.
Ohno
, Nature
455
, 515
(2008
).12.
Y.
Yamada
, K.
Ueno
, T.
Fukumura
, H. T.
Yuan
, H.
Shimotani
, Y.
Iwasa
, L.
Gu
, S.
Tsukimoto
, Y.
Ikuhara
, and M.
Kawasaki
, Science
332
, 1065
(2011
).13.
T.
Maruyama
, Y.
Shiota
, T.
Nozaki
, K.
Ohta
, N.
Toda
, M.
Mizuguchi
, A. A.
Tulapurkar
, T.
Shinjo
, M.
Shiraishi
, S.
Mizukami
, Y.
Ando
, and Y.
Suzuki
, Nat. Nanotechnol.
4
, 158
(2009
).14.
M.
Endo
, S.
Kanai
, S.
Ikeda
, F.
Matsukura
, and H.
Ohno
, Appl. Phys. Lett.
96
, 212503
(2010
).15.
C.
Thiele
, K.
Dörr
, O.
Bilani
, J.
Rödel
, and L.
Schultz
, Phys. Rev. B
75
, 054408
(2007
).16.
W.
Eerenstein
, M.
Wiora
, J. L.
Prieto
, J. F.
Scott
, and N. D.
Mathur
, Nat. Mater.
6
, 348
(2007
).17.
S.
Sahoo
, S.
Polisetty
, C. G.
Duan
, S. S.
Jaswal
, E. Y.
Tsymbal
, and C.
Binek
, Phys. Rev. B
76
, 092108
(2007
).18.
M.
Liu
, O.
Obi
, J.
Lou
, S.
Stoute
, Z.
Cai
, K.
Ziemer
, and N. X.
Sun
, J. Phys. D: Appl. Phys.
42
, 045007
(2009
).19.
H. J. A.
Molegraaf
, J.
Hoffman
, C. A. F.
Vaz
, S.
Gariglio
, D.
van der Marel
, C. H.
Ahn
, and J. M.
Triscone
, Adv. Mater.
21
, 3470
(2009
).20.
T. H. E.
Lahtinen
, J. O.
Tuomi
, and S.
van Dijken
, Adv. Mater.
23
, 3187
(2011
).21.
J.
Wang
, J.
Ma
, Z.
Li
, Y.
Shen
, Y. H.
Lin
, and C. W.
Nan
, J. Appl. Phys.
110
, 043919
(2011
).22.
J. M.
Hu
, Z.
Li
, L. Q.
Chen
, and C. W.
Nan
, Adv. Mater.
24
, 2869
(2012
).23.
S.
Zhang
, Q. P.
Chen
, Y.
Liu
, A. T.
Chen
, L. F.
Yang
, P. S.
Li
, Z. S.
Ming
, Y.
Yu
, W.
Sun
, X. Z.
Zhang
, Y. L.
Zhao
, Y.
Sun
, and Y. G.
Zhao
, ACS Appl. Mater. Interfaces
9
, 20637
(2017
).24.
T.
Wu
, A.
Bur
, P.
Zhao
, K. P.
Mohanchandra
, K.
Wong
, K. L.
Wang
, C. S.
Lynch
, and G. P.
Carman
, Appl. Phys. Lett.
98
, 012504
(2011
).25.
T.
Wu
, A.
Bur
, K.
Wong
, P.
Zhao
, C. S.
Lynch
, P. K.
Amiri
, K. L.
Wang
, and G. P.
Carman
, Appl. Phys. Lett.
98
, 262504
(2011
).26.
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
).27.
P.
Borisov
, A.
Hochstrat
, X.
Chen
, W.
Kleemann
, and C.
Binek
, Phys. Rev. Lett.
94
, 117203
(2005
).28.
V.
Skumryev
, V.
Laukhin
, I.
Fina
, X.
Martí
, F.
Sánchez
, M.
Gospodinov
, and J.
Fontcuberta
, Phys. Rev. Lett.
106
, 057206
(2011
).29.
J. T.
Heron
, J. L.
Bosse
, Q.
He
, Y.
Gao
, M.
Trassin
, L.
Ye
, J. D.
Clarkson
, C.
Wang
, J.
Liu
, S.
Salahuddin
, D. C.
Ralph
, D. G.
Schlom
, J.
Íñiguez
, B. D.
Huey
, and R.
Ramesh
, Nature
516
, 370
(2014
).30.
S.
Geprägs
, A.
Brandlmaier
, M.
Opel
, R.
Gross
, and S. T. B.
Goennenwein
, Appl. Phys. Lett.
96
, 142509
(2010
).31.
R. O.
Cherifi
, V.
Ivanovskaya
, L. C.
Phillips
, A.
Zobelli
, I. C.
Infante
, E.
Jacquet
, V.
Garcia
, S.
Fusil
, P. R.
Briddon
, N.
Guiblin
, A.
Mougin
, A. A.
Ünal
, F.
Kronast
, S.
Valencia
, B.
Dkhil
, A.
Barthélémy
, and M.
Bibes
, Nat. Mater.
13
, 345
(2014
).32.
S.
Zhang
, Y.
Zhao
, X.
Xiao
, Y.
Wu
, S.
Rizwan
, L.
Yang
, P.
Li
, J.
Wang
, M.
Zhu
, H.
Zhang
, X.
Jin
, and X.
Han
, Sci. Rep.
4
, 3727
(2014
).33.
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
).34.
Y.
Chen
, T.
Fitchorov
, Z.
Cai
, K. S.
Ziemer
, C.
Vittoria
, and V. G.
Harris
, J. Phys. D: Appl. Phys.
43
, 155001
(2010
).35.
M.
Ghidini
, R.
Mansell
, F.
Maccherozzi
, X.
Moya
, L. C.
Phillips
, W.
Yan
, D.
Pesquera
, C. H. W.
Barnes
, R. P.
Cowburn
, J.-M.
Hu
, S. S.
Dhesi
, and N. D.
Mathur
, “Shear-strain mediated magnetoelectric effects revealed by imaging” (unpublished).36.
D.
Hunter
, W.
Osborn
, K.
Wang
, N.
Kazantseva
, J.
Hattrick-Simpers
, R.
Suchoski
, R.
Takahashi
, M. L.
Young
, A.
Mehta
, L. A.
Bendersky
, S. E.
Lofland
, M.
Wuttig
, and I.
Takeuchi
, Nat. Commun.
2
, 518
(2011
).37.
Y. T.
Chen
and C. C.
Chang
, J. Alloys Compd.
498
, 113
(2010
).38.
Y.
Iwasaki
, J. Magn. Magn. Mater.
240
, 395
(2002
).39.
R. C.
Peng
, J. J.
Wang
, J.-M.
Hu
, L.-Q.
Chen
, and C.-W.
Nan
, Appl. Phys. Lett.
106
, 142901
(2015
).© 2019 Author(s).
2019
Author(s)
You do not currently have access to this content.
