We report on growth and ferroelectric (FE) properties of superlattices (SLs) composed of the FE BaTiO3 and the paraelectric CaTiO3. Previous theories have predicted that the polarization in (BaTiO3)n/(CaTiO3)n SLs increases as the sublayer thickness (n) increases when the same strain state is maintained. However, our BaTiO3/CaTiO3 SLs show a varying lattice-strain state and systematic reduction in polarization with increasing n while coherently strained SLs with n=1 and 2 show a FE polarization of ca. 8.5μC/cm2. We suggest that the strain coupling plays a more important role in FE properties than the electrostatic interlayer coupling based on constant dielectric permittivities.

1.
K.
Iijima
,
T.
Terashima
,
Y.
Bando
,
K.
Kamigaki
, and
H.
Terauchi
,
J. Appl. Phys.
72
,
2840
(
1992
).
2.
H.
Tabata
,
H.
Tanaka
, and
T.
Kawai
,
Appl. Phys. Lett.
65
,
1970
(
1994
).
3.
M.
Dawber
,
K. M.
Rabe
, and
J. F.
Scott
,
Rev. Mod. Phys.
77
,
1083
(
2005
).
4.
H. N.
Lee
,
H. M.
Christen
,
M. F.
Chisholm
,
C. M.
Rouleau
, and
D. H.
Lowndes
,
Nature (London)
433
,
395
(
2005
).
5.
D. A.
Tenne
,
A.
Bruchhausen
,
N. D.
Lanzillotti-Kimura
,
A.
Fainstein
,
R. S.
Katiyar
,
A.
Cantarero
,
A.
Soukiassian
,
V.
Vaithyanathan
,
J. H.
Haeni
,
W.
Tian
,
D. G.
Schlom
,
K. J.
Choi
,
D. M.
Kim
,
C. B.
Eom
,
H. P.
Sun
,
X. Q.
Pan
,
Y. L.
Li
,
L. Q.
Chen
,
Q. X.
Jia
,
S. M.
Nakhmanson
,
K. M.
Rabe
, and
X. X.
Xi
,
Science
313
,
1614
(
2006
).
6.
K. J.
Choi
,
M.
Biegalski
,
Y. L.
Li
,
A.
Sharan
,
J.
Schubert
,
R.
Uecker
,
P.
Reiche
,
Y. B.
Chen
,
X. Q.
Pan
,
V.
Gopalan
,
L. Q.
Chen
,
D. G.
Schlom
, and
C. B.
Eom
,
Science
306
,
1005
(
2004
).
7.
D. G.
Schlom
,
L. -Q.
Chen
,
C. -B.
Eom
,
K. M.
Rabe
,
S. K.
Streiffer
, and
J. -M.
Triscone
,
Annu. Rev. Mater. Sci.
37
,
589
(
2007
).
8.
N.
Sai
,
B.
Meyer
, and
D.
Vanderbilt
,
Phys. Rev. Lett.
84
,
5636
(
2000
).
9.
M. P.
Warusawithana
,
E. V.
Colla
,
J. N.
Eckstein
, and
M. B.
Weissman
,
Phys. Rev. Lett.
90
,
036802
(
2003
).
10.
D. A.
Tenne
,
H. N.
Lee
,
R. S.
Katiyar
, and
X. X.
Xi
,
J. Appl. Phys.
105
,
054106
(
2009
).
11.
R. D.
Kingsmith
and
D.
Vanderbilt
,
Phys. Rev. B
47
,
1651
(
1993
).
12.
O.
Diéguez
,
K. M.
Rabe
, and
D.
Vanderbilt
,
Phys. Rev. B
72
,
144101
(
2005
).
13.
X.
Wu
,
M.
Stengel
,
K. M.
Rabe
, and
D.
Vanderbilt
,
Phys. Rev. Lett.
101
,
087601
(
2008
).
14.
J. B.
Neaton
and
K. M.
Rabe
,
Appl. Phys. Lett.
82
,
1586
(
2003
).
15.
L.
Kim
,
J.
Kim
,
D.
Jung
,
J.
Lee
, and
U. V.
Waghmare
,
Appl. Phys. Lett.
87
,
052903
(
2005
).
16.
S. M.
Nakhmanson
,
K. M.
Rabe
, and
D.
Vanderbilt
,
Appl. Phys. Lett.
87
,
102906
(
2005
).
17.
S. M.
Nakhmanson
,
K. M.
Rabe
, and
D.
Vanderbilt
,
Phys. Rev. B
73
,
060101
(
2006
).
18.
S. S. A.
Seo
,
J. H.
Lee
,
H. N.
Lee
,
M. F.
Chisholm
,
W. S.
Choi
,
D. J.
Kim
,
J. Y.
Jo
,
H.
Kim
,
J.
Yu
, and
T. W.
Noh
,
Adv. Mater.(Weinheim, Ger.)
19
,
2460
(
2007
).
19.
H. N.
Lee
,
H. M.
Christen
,
M. F.
Chisholm
,
C. M.
Rouleau
, and
D. H.
Lowndes
,
Appl. Phys. Lett.
84
,
4107
(
2004
).
20.
H. D.
Megaw
,
Acta Crystallogr.
15
,
972
(
1962
).
21.
S.
Sasaki
,
C. T.
Prewitt
,
J. D.
Bass
, and
W. A.
Schulze
,
Acta Crystallogr. C
43
,
1668
(
1987
).
22.
J. H.
Lee
,
J.
Yu
, and
U. V.
Waghmare
,
J. Appl. Phys.
105
,
016104
(
2009
).
23.
X. S.
Wang
,
H.
Yamada
, and
C. N.
Xu
,
Appl. Phys. Lett.
86
,
022905
(
2005
).
24.
J.
Hao
,
W.
Si
,
X. X.
Xi
,
R.
Guo
,
A. S.
Bhalla
, and
L. E.
Cross
,
Appl. Phys. Lett.
76
,
3100
(
2000
).
25.
T.
Shimuta
,
O.
Nakagawara
,
T.
Makino
,
S.
Arai
,
H.
Tabata
, and
T.
Kawai
,
J. Appl. Phys.
91
,
2290
(
2002
).
26.
H. N.
Lee
,
S. M.
Nakhmanson
,
M. F.
Chisholm
,
H. M.
Christen
,
K. M.
Rabe
, and
D.
Vanderbilt
,
Phys. Rev. Lett.
98
,
217602
(
2007
).
27.
N. A.
Pertsev
,
A. G.
Zembilgotov
, and
A. K.
Tagantsev
,
Phys. Rev. Lett.
80
,
1988
(
1998
).
28.
S.
Rios
,
A.
Ruediger
,
A. Q.
Jiang
,
J. F.
Scott
,
H.
Lu
, and
Z.
Chen
,
J. Phys.: Condens. Matter
15
,
L305
(
2003
).
29.
K.
Johnston
,
X.
Huang
,
J. B.
Neaton
, and
K. M.
Rabe
,
Phys. Rev. B
71
,
100103
(
2005
).
30.
C. -J.
Eklund
,
C. J.
Fennie
, and
K. M.
Rabe
, e-print arXiv:0904.2118.
You do not currently have access to this content.