We investigated the influence of dislocations, located at the interface of a ferroelectric film and its underlying substrate, on the ferroelectric hysteresis loop including the remanent polarization and coercive field using phase-field simulations. We considered epitaxial ferroelectric BaTiO3 films and found that the hysteresis loop is strongly dependent on the type and density of interfacial dislocations. The dislocations that stabilize multiple ferroelectric variants and domains reduce the coercive field, and consequently, the corresponding remanent polarization also decreases.

1.
F.
Jona
and
G.
Shirane
,
Ferroelectric Crystals
(
Pergamon
,
Oxford
,
1962
).
2.
J. F.
Scott
and
C. A. P.
Dearaujo
,
Science
246
,
1400
(
1989
).
3.
C. M.
Foster
,
G. R.
Bai
,
R.
Csencsits
,
J.
Vetrone
,
R.
Jammy
,
L. A.
Wills
,
E.
Carr
, and
J.
Amano
,
J. Appl. Phys.
81
,
2349
(
1997
).
4.
M. B.
Kelman
,
P. C.
McIntyre
,
B. C.
Hendrix
,
S. M.
Bilodeau
, and
J. F.
Roeder
,
J. Appl. Phys.
93
,
9231
(
2003
).
5.
K. S.
Lee
,
Y. K.
Kim
,
S.
Baik
,
J.
Kim
, and
I. S.
Jung
,
Appl. Phys. Lett.
79
,
2444
(
2001
).
6.
T.
Oikawa
,
M.
Aratani
,
H.
Funakubo
,
K.
Saito
, and
M.
Mizuhira
,
J. Appl. Phys.
95
,
3111
(
2004
).
7.
M.
Klee
,
R.
Eusemann
,
R.
Waser
,
W.
Brand
, and
H.
Vanhal
,
J. Appl. Phys.
72
,
1566
(
1992
).
8.
H. B.
Sharma
and
A.
Mansingh
,
J. Phys. D
31
,
1527
(
1998
).
9.
R.
Kullmer
,
Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process.
65
,
273
(
1997
).
10.
K.
Lee
and
S.
Baik
,
Annu. Rev. Mater. Res.
36
,
81
(
2006
).
11.
N.
Setter
,
D.
Damjanovic
,
L.
Eng
,
G.
Fox
,
S.
Gevorgian
,
S.
Hong
,
A.
Kingon
,
H.
Kohlstedt
,
N. Y.
Park
,
G. B.
Stephenson
,
I.
Stolitchnov
,
A. K.
Taganstev
,
D. V.
Taylor
,
T.
Yamada
, and
S.
Streiffer
,
J. Appl. Phys.
100
,
051606
(
2006
).
12.
V.
Nagarajan
,
C. L.
Jia
,
H.
Kohlstedt
,
R.
Waser
,
I. B.
Misirlioglu
,
S. P.
Alpay
, and
R.
Ramesh
,
Appl. Phys. Lett.
86
,
192910
(
2005
).
13.
J. P.
Gong
,
M.
Kawasaki
,
K.
Fujito
,
U.
Tanaka
,
N.
Ishizawa
,
M.
Yoshimoto
,
H.
Koinuma
,
M.
Kumagai
,
K.
Hirai
, and
K.
Horiguchi
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 2
32
,
L687
(
1993
).
14.
R.
Beanland
,
D. J.
Dunstan
, and
P. J.
Goodhew
,
Adv. Phys.
45
,
87
(
1996
).
15.
H. P.
Sun
,
W.
Tian
,
X. Q.
Pan
,
J. H.
Haeni
, and
D. G.
Schlom
,
Appl. Phys. Lett.
84
,
3298
(
2004
).
16.
I. B.
Misirlioglu
,
A. L.
Vasiliev
,
S. P.
Alpay
,
M.
Aindow
, and
R.
Ramesh
,
J. Mater. Sci.
41
,
697
(
2006
).
17.
M. W.
Chu
,
I.
Szafraniak
,
R.
Scholz
,
C.
Harnagea
,
D.
Hesse
,
M.
Alexe
, and
U.
Gosele
,
Nature Mater.
3
,
87
(
2004
).
18.
H. J.
Gao
,
C. L.
Chen
,
B.
Rafferty
,
S. J.
Pennycook
,
G. P.
Luo
, and
C. W.
Chu
,
Appl. Phys. Lett.
75
,
2542
(
1999
).
19.
I.
Vrejoiu
,
G.
Le Rhun
,
N. D.
Zakharov
,
D.
Hesse
,
L.
Pintilie
, and
M.
Alexe
,
Philos. Mag.
86
,
4477
(
2006
).
20.
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
).
21.
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
).
22.
Y. L.
Li
and
L. Q.
Chen
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
072905
(
2006
).
23.
S. Y.
Hu
,
Y. L.
Li
, and
L. Q.
Chen
,
J. Appl. Phys.
94
,
2542
(
2003
).
24.
J. W.
Matthews
,
Epitaxial Growth
(
Academic
,
New York
,
1975
), Vol.
B
.
25.
F. R. N.
Nabarro
,
Philos. Mag.
42
,
1224
(
1951
).
26.
S. Y.
Hu
and
L. Q.
Chen
,
Acta Mater.
52
,
3069
(
2004
).
27.
Y. U.
Wang
,
Y. M.
Jin
,
A. M.
Cuitino
, and
A. G.
Khachaturyan
,
Acta Mater.
49
,
1847
(
2001
).
28.
A. G.
Khachaturyan
and
G. A.
Shatalov
,
Sov. Phys. JETP
29
,
557
(
1969
).
29.
A. G.
Khachaturyan
,
Theory of Structural Transformation in Solids
(
Wiley
,
New York
,
1983
).
30.
A. N.
Stroh
,
J. Math. Phys.
41
,
77
(
1962
).
31.
T. C. T.
Ting
,
Anisotropic Elasticity: Theory and Applications
(
Oxford University Press
,
New York
,
1996
).
32.
Y. L.
Li
,
S. Y.
Hu
,
Z. K.
Liu
, and
L. Q.
Chen
,
Acta Mater.
50
,
395
(
2002
).
33.
D. J.
Kim
,
J. Y.
Jo
,
Y. S.
Kim
,
Y. J.
Chang
,
J. S.
Lee
,
J. G.
Yoon
,
T. K.
Song
, and
T. W.
Noh
,
Phys. Rev. Lett.
95
,
237602
(
2005
).
34.
A. M.
Bratkovsky
and
A. P.
Levanyuk
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
253108
(
2006
).
35.
L. Q.
Chen
and
J.
Shen
,
Comput. Phys. Commun.
108
,
147
(
1998
).
36.
H.
Nakazawa
,
H.
Yamane
, and
T.
Hirai
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
30
,
2200
(
1991
).
37.
K.
Nashimoto
,
D. K.
Fork
,
F. A.
Ponce
, and
J. C.
Tramontana
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
32
,
4099
(
1993
).
38.
H. A.
Lu
,
L. A.
Wills
, and
B. W.
Wessels
,
Appl. Phys. Lett.
64
,
2973
(
1994
).
39.
S.
Tsunekawa
,
T.
Fukuda
,
T.
Ozaki
,
Y.
Yoneda
, and
H.
Terauchi
,
Appl. Phys. Lett.
71
,
1486
(
1997
).
40.
V.
Srikant
,
E. J.
Tarsa
,
D. R.
Clarke
, and
J. S.
Speck
,
J. Appl. Phys.
77
,
1517
(
1995
).
41.
α1=4.124(T115)×105α11=2.097×108, α12=7.974×108, α111=1.294×109, α112=1.950×109, α123=2.500×109, α1111=3.863×1010, α1112=2.529×1010, α1122=1.637×1010, α1123=1.367×1010, c11=1.78×1011, c12=0.964×1011, c44=1.22×1011, Q11=0.10, Q12=0.034, Q44=0.029 (in Systeme International units and T in °C).
42.
Y. L.
Li
,
L. E.
Cross
, and
L. Q.
Chen
,
J. Appl. Phys.
98
,
064101
(
2005
).
43.
A. F.
Devonshire
,
Philos. Mag.
42
,
1065
(
1951
).
44.
D.
Berlincourt
and
H.
Jaffe
,
Phys. Rev.
111
,
143
(
1958
).
45.
T.
Yamada
,
J. Appl. Phys.
43
,
328
(
1972
).
You do not currently have access to this content.