The range of reported values of the Landau energy coefficients of bulk leads to uncertainty in not only the magnitude but also the direction of the calculated spontaneous polarization in thin films in a state of biaxial tension. In this study, we use experimental results from strained films together with phase-field simulations to refine the values of the Landau energy coefficients and report a modified thermodynamic potential for bulk strontium titanate. The transition temperatures and ferroelectric/antiferrodistortive domain stabilities predicted from this modified potential agree well with measurements on biaxially strained thin films.
REFERENCES
1.
R. C.
Neville
, B.
Hoeneisen
, and C. A.
Mead
, J. Appl. Phys.
43
, 2124
(1972
).2.
H.
Unoki
and T.
Sakudo
, J. Phys. Soc. Jpn.
23
, 546
(1967
).3.
P. A.
Fleury
, J. F.
Scott
, and J. M.
Worlock
, Phys. Rev. Lett.
21
, 16
(1968
).4.
G.
Shirane
and Y.
Yamada
, Phys. Rev.
177
, 858
(1969
).5.
H.
Thomas
and K. A.
Müller
, Phys. Rev. Lett.
21
, 1256
(1968
).6.
N. A.
Pertsev
, A. K.
Tagantsev
, and N.
Setter
, Phys. Rev. B
61
, R825
(2000
);N. A.
Pertsev
, A. K.
Tagantsev
, and N.
Setter
, Phys. Rev. B
65
, 219901
(E) (2002
).7.
A. K.
Tagantsev
, E.
Courtens
, and L.
Arzel
, Phys. Rev. B
64
, 224107
(2001
).8.
A.
Antons
, J. B.
Neaton
, K. M.
Rabe
, and D.
Vanderbilt
, Phys. Rev. B
71
, 024102
(2005
).9.
Y. L.
Li
, S.
Choudhury
, J. H.
Haeni
, M. D.
Biegalski
, A.
Vasudevarao
, A.
Sharan
, H. Z.
Ma
, J.
Levy
, V.
Gopalan
, S.
Trolier-McKinstry
, D. G.
Schlom
, Q. X.
Jia
, and L. Q.
Chen
, Phys. Rev. B
73
, 184112
(2006
).10.
M. D.
Biegalski
, E.
Vlahos
, G.
Sheng
, Y. L.
Li
, M.
Bernhagen
, P.
Reiche
, R.
Uecker
, S. K.
Streiffer
, L. Q.
Chen
, V.
Gopalan
, D. G.
Schlom
, and S.
Trolier-McKinstry
, Phys. Rev. B
79
, 224117
(2009
).11.
M. P.
Warusawithana
, C.
Cen
, C. R.
Sleasman
, J. C.
Woicik
, Y.
Li
, L. F.
Kourkoutis
, J. A.
Klug
, H.
Li
, P.
Ryan
, L. P.
Wang
, M.
Bedzyk
, D. A.
Muller
, L. Q.
Chen
, J.
Levy
, and D. G.
Schlom
, Science
324
, 367
(2009
).12.
J. H.
Haeni
, P.
Irvin
, W.
Chang
, R.
Uecker
, P.
Reiche
, Y. L.
Li
, S.
Choudhury
, W.
Tian
, M. E.
Hawley
, B.
Craigo
, A. K.
Tagantsev
, X. Q.
Pan
, S. K.
Streiffer
, L. Q.
Chen
, S. W.
Kirchoefer
, J.
Levy
, and D. G.
Schlom
, Nature (London)
430
, 758
(2004
).13.
R.
Wördenweber
, E.
Hollmann
, R.
Kutzner
, and J.
Schubert
, J. Appl. Phys.
102
, 044119
(2007
).14.
D.
Nuzhnyy
, J.
Petzelt
, S.
Kamba
, P.
Kužel
, C.
Kadlec
, V.
Bovtun
, M.
Kempa
, J.
Schubert
, C. M.
Brooks
, and D. G.
Schlom
, Appl. Phys. Lett.
95
, 232902
(2009
).15.
A.
Vasudevarao
, S.
Denev
, M. D.
Biegalski
, Y. L.
Li
, L. Q.
Chen
, S.
Trolier-McKinstry
, D. G.
Schlom
, and V.
Gopalan
, Appl. Phys. Lett.
92
, 192902
(2008
).16.
P. A.
Fleury
and J. M.
Worlock
, Phys. Rev.
174
, 613
(1968
).17.
Y. L.
Li
, S. Y.
Hu
, Z. K.
Liu
, and L. Q.
Chen
, Acta Mater.
50
, 395
(2002
).18.
Y. L.
Li
, S. Y.
Hu
, and L. Q.
Chen
, J. Appl. Phys.
97
, 034112
(2005
).19.
H.
Uwe
and T.
Sakudo
, Phys. Rev. B
13
, 271
(1976
).20.
Materials constants for (except ): , , , , , , , , , , , , , , , , (in cgs units and in K).
21.
A. K.
Tagantsev
, Ferroelectrics
375
, 19
(2008
).22.
M. D.
Biegalski
, Y.
Jia
, D. G.
Schlom
, S.
Trolier-McKinstry
, S. K.
Streiffer
, V.
Sherman
, R.
Uecker
, and P.
Reiche
, Appl. Phys. Lett.
88
, 192907
(2006
).© 2010 American Institute of Physics.
2010
American Institute of Physics
You do not currently have access to this content.
