We have probed the role of La substitution on the ferroelectric properties of epitaxial BiFeO3 films on SrTiO3-templated Si. This provides a mechanism to engineer the rhombohedral distortion in the crystal and, thus, control domain structure and switching. With a 10% La substitution, the (Bi0.9La0.1)FeO3 film showed well-saturated ferroelectric hysteresis loops with a remanent polarization of 45μCcm2, a converse piezoelectric coefficient d33 of 45pmV, and a dielectric constant of 140. Over this range of La substitution, the coercive field systematically decreases such that a coercive voltage of 1V can been obtained in a 100nm thick film. These results show promise for the ultimate implementation of this lead-free multiferroic operating at voltages in the range of 23V.

1.
N.
Hur
,
S.
Park
,
P. A.
Sharma
,
J. S.
Ahn
,
S.
Guha
, and
S. W.
Cheong
,
Nature (London)
429
,
392
(
2004
).
2.
W.
Eerenstein
,
N. D.
Mathur
, and
J. F.
Scott
,
Nature (London)
442
,
759
(
2006
).
3.
J.
Wang
,
H.
Zheng
,
Z.
Ma
,
S.
Prasertchoung
,
M.
Wuttig
,
R.
Droopad
,
J.
Yu
,
K.
Eisenbeiser
, and
R.
Ramesh
,
Appl. Phys. Lett.
85
,
2574
(
2004
).
4.
L. W.
Martin
,
Y. H.
Chu
,
Q.
Zhan
,
R.
Ramesh
,
S. J.
Han
,
S. X.
Wang
,
M.
Warusawithana
, and
D. G.
Schlom
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
172513
(
2007
).
5.
Z. V.
Gabbasova
,
M. D.
Kuz’min
,
A. K.
Zvezdin
,
I. S.
Dubenko
,
V. A.
Murashov
,
D. N.
Rakov
, and
I. B.
Krynetsky
,
Phys. Lett. A
158
,
491
(
1991
).
6.
M.
Polomska
,
W.
Kaczmarek
, and
Z.
Pajak
,
Phys. Status Solidi
23
,
567
(
1974
).
7.
Yu. E.
Roginskaya
,
Yu. N.
Venevtsev
,
S. A.
Fedulov
, and
G. S.
Zhdanov
,
Sov. Phys. Crystallogr.
8
,
490
(
1964
).
8.
K.
Eisenbeiser
,
J. M.
Finder
,
Z.
Yu
,
J.
Ramdani
,
J. A.
Curless
,
J. A.
Hallmark
,
R.
Droopad
,
W. J.
Ooms
,
L.
Salem
,
S.
Bradshaw
, and
C. D.
Overgaard
,
Appl. Phys. Lett.
76
,
1324
(
2007
).
9.
Y. H.
Chu
,
Q.
Zhan
,
L. W.
Martin
,
M. P.
Cruz
,
P. L.
Yang
,
F.
Zavaliche
,
S. Y.
Yang
,
J. X.
Zhang
,
L. Q.
Chen
,
D. G.
Schlom
,
I. N.
Lin
,
T. B.
Wu
, and
R.
Ramesh
,
Adv. Mater. (Weinheim, Ger.)
18
,
2307
(
2006
).
10.
A. V.
Zalesski
,
A. A.
Frolov
,
T. A.
Khimich
, and
A. A.
Bush
,
Phys. Solid State
45
,
141
(
2003
).
11.
Y. H.
Chu
,
M. P.
Cruz
,
C. H.
Yang
,
L. W.
Martin
,
P. L.
Yang
,
J. X.
Zhang
,
K.
Lee
,
P.
Yu
,
L. Q.
Chen
, and
R.
Ramesh
,
Adv. Mater. (Weinheim, Ger.)
19
,
2662
(
2007
).
12.
V. L.
Mathe
,
K. K.
Patankar
,
M. B.
Kothale
,
S. B.
Kulkarni
,
P. B.
Joshi
, and
S. A.
Patil
,
Pramana
58
,
1105
(
2002
).
13.
H.
Uchida
,
R.
Ueno
,
H.
Nakaki
,
H.
Funakubo
, and
S.
Koda
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
44
,
L561
(
2005
).
14.
S. V.
Kalinin
,
B. J.
Rodriguez
,
S.
Jesse
,
Y. H.
Chu
,
T.
Zhao
,
R.
Ramesh
,
S.
Choudhury
,
L. Q.
Chen
,
E. A.
Eliseev
, and
A. N.
Morozovska
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
104
,
51
20204
(
2007
).
You do not currently have access to this content.