Hexagonal LuFeO3 exhibiting ferroelectricity and weak ferromagnetism is grown on metal-polar GaN by molecular-beam epitaxy. The oxide films exhibit smooth surface morphologies and are found to be single crystalline with an epitaxial relationship related by a 30° in-plane rotation relative to the GaN crystal structure. The LuFeO3 layers grown on GaN exhibit room-temperature ferroelectricity and low-temperature magnetic ordering. This epitaxial integration creates a heterostructure platform to explore and exploit the coupling of the ferroelectricity and magnetism of oxides with the strong spontaneous and piezoelectric polarization and the unique electronic and photonic properties of nitride semiconductors.
References
1.
R.
Ramesh
and D. G.
Schlom
, Nat. Rev. Mater.
4
, 257
(2019
).2.
M.
Fiebig
, T.
Lottermoser
, D.
Meier
, and M.
Trassin
, Nat. Rev. Mater.
1
, 16046
(2016
).3.
M. A.
Alam
, M.
Si
, and P. D.
Ye
, Appl. Phys. Lett.
114
, 090401
(2019
).4.
J.
Iniguez
, P.
Zubko
, I.
Luk'yanchuk
, and A.
Cano
, Nat. Rev. Mater.
4
, 243
(2019
).5.
M.
Hoffmann
, F. P. G.
Fengler
, M.
Herzig
, T.
Mittmann
, B.
Max
, U.
Schroeder
, R.
Negrea
, P.
Lucian
, S.
Slesazeck
, and T.
Mikolajick
, Nature
565
, 464
–467
(2019
).6.
E. A.
Paisley
, H. S.
Craft
, M. D.
Losego
, H.
Lu
, A.
Gruverman
, R.
Collazo
, Z.
Sitar
, and J.-P.
Maria
, J. Appl. Phys.
113
, 074107
(2013
).7.
Y.
Chye
, T.
Liu
, D.
Li
, K.
Lee
, D.
Lederman
, and T. H.
Myers
, Appl. Phys. Lett.
88
, 132903
(2006
).8.
H.
Wu
, J.
Yuan
, T.
Peng
, Y.
Pan
, T.
Han
, and C.
Liu
, Appl. Phys. Lett.
94
, 122904
(2009
).9.
M. H.
Nam
, S. C.
Goo
, M. D.
Kim
, and W.
Yang
, J. Phys.
187
, 012013
(2009
).10.
A.
Posadas
, J.-B.
Yau
, C. H.
Ahn
, J.
Han
, S.
Gariglio
, K.
Johnston
, K. M.
Rabe
, and J. B.
Neaton
, Appl. Phys. Lett.
87
, 171915
(2005
).11.
W.
Tian
, V.
Vaithyanathan
, D. G.
Schlom
, Q.
Zhan
, S. Y.
Yang
, Y. H.
Chu
, and R.
Ramesh
, Appl. Phys. Lett.
90
, 172908
(2007
).12.
A. A.
Bossak
, I. E.
Graboy
, O. Y.
Gorbenko
, A. R.
Kaul
, M. S.
Kartavtseva
, V. L.
Svetchnikov
, and H. W.
Zandbergen
, Chem. Mater.
16
, 1751
(2004
).13.
J. A.
Mundy
, C. M.
Brooks
, M. E.
Holtz
, J. A.
Moyer
, H.
Das
, A. F.
Rébola
, J. T.
Heron
, J. D.
Clarkson
, S. M.
Disseler
, Z.
Liu
, A.
Farhan
, R.
Held
, R.
Hovden
, E.
Padgett
, Q.
Mao
, H.
Paik
, R.
Misra
, L. F.
Kourkoutis
, E.
Arenholz
, A.
Scholl
, J. A.
Borchers
, W. D.
Ratcliff
, R.
Ramesh
, C. J.
Fennie
, P.
Schiffer
, D. A.
Muller
, and D. G.
Schlom
, Nature
537
, 523
–527
(2016
).14.
S. M.
Disseler
, J. A.
Borchers
, C. M.
Brooks
, J. A.
Mundy
, J. A.
Moyer
, D. A.
Hillsberry
, E. L.
Thies
, D. A.
Tenne
, J.
Heron
, M. E.
Holtz
, J. D.
Clarkson
, G. M.
Stiehl
, P.
Schiffer
, D. A.
Muller
, D. G.
Schlom
, and W. D.
Ratcliff
, Phys. Rev. Lett.
114
, 217602
(2015
).15.
N.
Sai
, C. J.
Fennie
, and A. A.
Demkov
, Phys. Rev. Lett.
102
, 107601
(2009
).16.
W.
Wang
, J. A.
Mundy
, C. M.
Brooks
, J. A.
Moyer
, M. E.
Holtz
, D. A.
Muller
, D. G.
Schlom
, and W.
Wu
, Phys. Rev. B
95
, 134443
(2017
).17.
J. A.
Moyer
, R.
Misra
, J. A.
Mundy
, C. M.
Brooks
, J. T.
Heron
, D. A.
Muller
, D. G.
Schlom
, and P.
Schiffer
, APL Mater.
2
, 012106
(2014
).18.
D.
Jena
, R.
Page
, J.
Casamento
, P.
Dang
, J.
Singhal
, Z.
Zhang
, J.
Wright
, G.
Khalsa
, Y.
Cho
, and H. G.
Xing
, Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
58
, SC0801
(2019
).19.
See https://icsd.fizkarlsruhe.de/search/basic.xhtml for Inorganic Crystal Structure Database.
20.
A. J.
Green
, K. D.
Chabak
, E. R.
Heller
, R. C.
Fitch
, M.
Baldini
, A.
Fiedler
, K.
Irmscher
, G.
Wagner
, Z.
Galazka
, S. E.
Tetlak
, A.
Crespo
, K.
Leedy
, and G. H.
Jessen
, IEEE Electron Device Lett.
37
, 902
(2016
).21.
H.
Das
, A. L.
Wysocki
, Y.
Geng
, W.
Wu
, and C. J.
Fennie
, Nat. Commun.
5
, 2998
(2014
).© 2020 Author(s).
2020
Author(s)
You do not currently have access to this content.
