The electro-optic response of epitaxially strained SrTiO3 grown on bulk DyScO3 substrates is measured as a function of applied in-plane bias (both magnitude and direction) and light polarization. The effective electro-optic coefficients are bias-field dependent. Hysteresis is observed at room temperature, indicative of residual polarity, which is believed to be due to long-lived alignment of nanopolar regions possibly due to defects. A simple model incorporating non-180°-nanoscale domains can account for most of the experimental observations.

1.
K. A.
Muller
and
H.
Burkard
,
Phys. Rev. B
19
,
3593
(
1979
).
2.
J. G.
Bednorz
and
K. A.
Muller
,
Phys. Rev. Lett.
52
,
2289
(
1984
).
3.
M.
Itoh
,
R.
Wang
,
Y.
Inaguma
,
T.
Yamaguchi
,
Y. -J.
Shan
, and
T.
Nakamura
,
Phys. Rev. Lett.
82
,
3540
(
1999
).
4.
S.
Hyun
and
K.
Char
,
Appl. Phys. Lett.
79
,
254
(
2001
).
5.
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
).
6.
A.
Antons
,
J. B.
Neaton
,
K. M.
Rabe
, and
D.
Vanderbilt
,
Phys. Rev. B
71
,
024102
(
2005
).
7.
J. H.
Haeni
,
C. D.
Theis
, and
D. G.
Schlom
,
J. Electroceram.
4
,
385
(
2000
).
8.
M. D.
Biegalski
,
Y.
Jia
,
V.
Sherman
,
R.
Uecker
,
P.
Reiche
,
S. K.
Streiffer
,
D. G.
Schlom
, and
S.
Trolier-McKinstry
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
192907
(
2006
).
9.
M. D.
Biegalski
,
W.
Tian
,
S.
Trolier-McKinstry
,
D. G.
Schlom
,
D. D.
Fong
,
J. A.
Eastman
,
P. H.
Fuoss
,
S. K.
Streiffer
,
M. E.
Hawley
,
R.
Uecker
, and
P.
Reiche
,
J. Appl. Phys.
(in press).
10.
E.
Poindexter
and
A. A.
Giardini
,
Phys. Rev.
110
,
1069
(
1958
). The residual stress was calculated using an average biaxial modulus of 390.6 GPa, calculated from the elastic constants of strontium titanate from this reference.
11.
E.
Courtens
,
Phys. Rev. Lett.
29
,
1380
(
1972
).
12.
J.
Petzelt
,
T.
Ostapchuk
,
I.
Gregora
,
I.
Rychetsky
,
S.
Hoffmann-Eifert
,
A. V.
Pronin
,
Y.
Yuzyuk
,
B. P.
Gorshunov
,
S.
Kamba
,
V.
Bovtun
,
J.
Pokorny
,
M.
Savinov
,
V.
Porokhonskyy
,
D.
Rafaja
,
P.
Vanek
,
A.
Almeida
,
M. R.
Chaves
,
A. A.
Volkov
,
M.
Dressel
, and
R.
Waser
,
Phys. Rev. B
64
,
184111
(
2001
).
13.
H.
Hasebe
,
Y.
Tsujimi
,
R.
Wang
,
M.
Itoh
, and
T.
Yagi
,
Phys. Rev. B
68
,
014109
(
2003
).
14.
O.
Tikhomirov
,
H.
Jiang
, and
J.
Levy
,
Phys. Rev. Lett.
89
,
147601
(
2002
).
15.
M.
Yamaguchi
,
T.
Yagi
,
R.
Wang
, and
M.
Itoh
,
Phys. Rev. B
63
,
172102
(
2001
).
16.
R. S. K. S.
Gupta
,
J. Raman Spectrosc.
32
,
885
(
2001
).
17.
A. A.
Sirenko
,
C.
Bernhard
,
A.
Golnik
,
A. M.
Clark
,
J. H.
Hao
,
W. D.
Si
, and
X. X.
Xi
,
Nature (London)
404
,
373
(
2000
).
18.
P.
Kuzel
,
F.
Kadlec
,
H.
Nemec
,
R.
Ott
,
E.
Hollmann
, and
N.
Klein
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
102901
(
2006
).
19.
M.
Misra
,
K.
Kotani
,
I.
Kawayama
,
H.
Murakami
, and
M.
Tonouchi
,
Appl. Phys. Lett.
87
,
182909
(
2005
).
20.
H.
Ma
and
J.
Levy
,
Nano Lett.
6
,
341
(
2006
).
21.
C.
Hubert
,
J.
Levy
,
A. C.
Carter
,
W.
Chang
,
S. W.
Kiechoefer
,
J. S.
Horwitz
, and
D. B.
Chrisey
,
Appl. Phys. Lett.
71
,
3353
(
1997
).
22.
Handbook of Optics
(
McGraw-Hill
,
New York
,
1995
), Vol.
II
.
23.
G.
Burns
and
F. H.
Dacol
,
Phys. Rev. B
28
,
2527
(
1983
).
24.
A.
Vasudevarao
,
A.
Kumar
,
L.
Tian
,
J. H.
Haeni
,
Y. L.
Li
,
C. -J.
Eklund
,
Q. X.
Jia
,
R.
Uecker
,
P.
Reiche
,
K. M.
Rabe
,
L. Q.
Chen
,
D. G.
Schlom
, and
V.
Gopalan
,
Phys. Rev. Lett.
97
,
257602
(
2006
).
25.
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
).
26.
D. D.
Nolte
,
Photorefractive Effect and Materials
(
Kluwer Academic
,
Boston
,
1995
).
27.
F.
Xu
,
S.
Trolier-McKinstry
,
W.
Ren
,
B. M.
Xu
,
Z. L.
Xie
, and
K. J.
Hemker
,
J. Appl. Phys.
89
,
1336
(
2001
).
28.
C.
Hubert
,
J.
Levy
,
T. V.
Rivkin
,
C.
Carlson
,
P. A.
Parilla
,
J. D.
Perkins
, and
D. S.
Ginley
,
Appl. Phys. Lett.
79
,
2058
(
2001
).
You do not currently have access to this content.