Ferromagnet/ferroelectric interface materials have emerged as structures with strong magnetoelectric coupling that may exist due to unconventional physical mechanisms. Here we present a first-principles study of the magnetoelectric effect at the ferromagnet/ferroelectric (001) interface. We find that the exchange splitting of the spin-polarized band structure, and therefore the magnetization, at the interface can be altered substantially by reversal of the ferroelectric polarization in the . These magnetoelectric effects originate from the screening of polarization charges at the interface and are consistent with the Stoner model for itinerant magnetism.
REFERENCES
1.
W.
Eerenstein
, N. D.
Mathur
, and J. F.
Scott
, Nature (London)
442
, 759
(2006
).2.
M.
Fiebig
, J. Phys. D
38
, R123
(2005
).3.
T.
Kimura
, T.
Goto
, H.
Shintani
, K.
Ishizaka
, T.
Arima
, and Y.
Tokura
, Nature (London)
426
, 55
(2003
).4.
Y. -H.
Chu
, L. W.
Martin
, M. B.
Holcomb
, M.
Gajek
, S. -J.
Han
, Q.
He
, N.
Balke
, C. -H.
Yang
, D.
Lee
, W.
Hu
, Q.
Zhan
, P. -L.
Yang
, A. F.
Rodriguez
, A.
Scholl
, S. X.
Wang
, and R.
Ramesh
, Nature Mater.
7
, 478
(2008
).5.
T.
Lottermoser
, T.
Lonkai
, U.
Amann
, D.
Hohlwein
, J.
Ihringer
, and M.
Fiebig
, Nature (London)
430
, 541
(2004
).6.
P.
Borisov
, A.
Hochstrat
, X.
Chen
, W.
Kleemann
, and Ch.
Binek
, Phys. Rev. Lett.
94
, 117203
(2005
).7.
V.
Laukhin
, V.
Skumryev
, X.
Marti
, D.
Hrabovsky
, F.
Sanchez
, M. V.
Garcia-Cuenca
, C.
Ferrater
, M.
Varela
, R.
Lueders
, J. F.
Bobo
, and J.
Fontcuberta
, Phys. Rev. Lett.
97
, 227201
(2006
).8.
M.
Weisheit
, S.
Fähler
, A.
Marty
, Y.
Souche
, C.
Poinsignon
, and D.
Givord
, Science
315
, 349
(2007
).9.
W.
Eerenstein
, M.
Wiora
, J. L.
Prieto
, J. F.
Scott
, and N. D.
Mathur
, Nature Mater.
6
, 348
(2007
).10.
S.
Sahoo
, S.
Polisetty
, C. -G.
Duan
, S. S.
Jaswal
, E. Y.
Tsymbal
, and C.
Binek
, Phys. Rev. B
76
, 092108
(2007
).11.
C. -G.
Duan
, J. P.
Velev
, R. F.
Sabirianov
, W. N.
Mei
, S. S.
Jaswal
, and E. Y.
Tsymbal
, Appl. Phys. Lett.
92
, 122905
(2008
).12.
E. Y.
Tsymbal
and H.
Kohlstedt
, Science
313
, 181
(2006
).13.
M. Y.
Zhuravlev
, S. S.
Jaswal
, E. Y.
Tsymbal
, and R. F.
Sabirianov
, Phys. Rev. Lett.
94
, 246802
(2005
);M. Y.
Zhuravlev
, S. S.
Jaswal
, E. Y.
Tsymbal
, and R. F.
Sabirianov
, Phys. Rev. Lett.
102
, 169901
(2009
);M. Y.
Zhuravlev
, S. S.
Jaswal
, E. Y.
Tsymbal
, and R. F.
Sabirianov
, Appl. Phys. Lett.
87
, 222114
(2005
).14.
M.
Gajek
, M.
Bibes
, S.
Fusil
, K.
Bouzehouane
, J.
Fontcuberta
, A.
Barthelemy
, and A.
Fert
, Nature Mater.
6
, 296
(2007
).15.
J. P.
Velev
, C. -G.
Duan
, J. D.
Burton
, A.
Smogunov
, M. K.
Niranjan
, E.
Tosatti
, S. S.
Jaswal
, and E. Y.
Tsymbal
, Nano Lett.
9
, 427
(2009
).16.
H.
Zheng
, J.
Wang
, S. E.
Lofland
, Z.
Ma
, L.
Mohaddes-Ardabili
, T.
Zhao
, L.
Salamanca-Riba
, S. R.
Shinde
, S. B.
Ogle
, F.
Bai
, D.
Viehland
, Y.
Jia
, D. G.
Schlom
, M.
Wuttig
, A.
Roytburd
, and R.
Ramesh
, Science
303
, 661
(2004
).17.
C. -G.
Duan
, S. S.
Jaswal
, and E. Y.
Tsymbal
, Phys. Rev. Lett.
97
, 047201
(2006
).18.
J. M.
Rondinelli
, M.
Stengel
, and N. A.
Spaldin
, Nat. Nanotechnol.
3
, 46
(2008
).19.
M.
Fechner
, I. V.
Maznichenko
, S.
Ostanin
, A.
Ernst
, J.
Henk
, P.
Bruno
, and I.
Mertig
, Phys. Rev. B
78
, 212406
(2008
).20.
M. K.
Niranjan
, J. P.
Velev
, C. -G.
Duan
, S. S.
Jaswal
, and E. Y.
Tsymbal
, Phys. Rev. B
78
, 104405
(2008
).21.
K.
Yamauchi
, B.
Sanyal
, and S.
Picozzi
, Appl. Phys. Lett.
91
, 062506
(2007
).22.
S.
Zhang
, Phys. Rev. Lett.
83
, 640
(1999
).23.
C. -G.
Duan
, J. P.
Velev
, R. F.
Sabirianov
, Z.
Zhu
, J.
Chu
, S. S.
Jaswal
, and E. Y.
Tsymbal
, Phys. Rev. Lett.
101
‚ 137201
(2008
).24.
A.
Petraru
, H.
Kohlstedt
, U.
Poppe
, R.
Waser
, A.
Solbach
, U.
Klemradt
, J.
Schubert
, W.
Zander
, and N. A.
Pertsev
, Appl. Phys. Lett.
93
, 072902
(2008
).25.
J.
Junquera
and P.
Ghosez
, Nature (London)
422
, 506
(2003
).26.
E. C.
Stoner
, Proc. R. Soc. London, Ser. A
165
, 372
(1938
).27.
G.
Kresse
and J.
Furtmuller
, Phys. Rev. B
54
, 11169
(1996
).28.
J. P.
Perdew
, K.
Burke
, and M.
Ernzerhoff
, Phys. Rev. Lett.
77
, 3865
(1996
).29.
R. D.
King-Smith
and D.
Vanderbilt
, Phys. Rev. B
47
, 1651
(1993
).30.
G.
Gerra
, A. K.
Tagantsev
, N.
Setter
, and K.
Parlinski
, Phys. Rev. Lett.
96
, 107603
(2006
).31.
J.
Velev
, K. D.
Belashchenko
, D.
Stewart
, M.
van Schilfgaarde
, S. S.
Jaswal
, and E. Y.
Tsymbal
, Phys. Rev. Lett.
95
, 216601
(2005
).32.
P. M.
Marcus
and V. L.
Moruzzi
, Phys. Rev. B
38
, 6949
(1988
).© 2009 American Institute of Physics.
2009
American Institute of Physics
You do not currently have access to this content.