Single-phase perovskite 5 at. % Mn-doped and undoped polycrystalline BaTiO3 thin films have been grown under different oxygen partial pressures by pulsed laser deposition on platinum-coated sapphire substrates. Ferroelectricity is only observed for the Mn-doped and undoped BaTiO3 thin films grown under relatively high oxygen partial pressure. Compared to undoped BaTiO3, Mn-doped BaTiO3 reveals a low leakage current, increased dielectric loss, and a decreased dielectric constant. Ferromagnetism is seen on Mn-doped BaTiO3 thin films prepared under low oxygen partial pressure and is attributed to the formation of bound magnetic polarons (BMPs). This BMP formation is enhanced by oxygen vacancies. The present work confirms a theoretical work from C. Ederer and N. Spaldin on ferroelectric perovskites [Nature Mat. 3, 849 (2004)] that shows that the existence of ferroelectricity is incompatible with the existence of a spontaneous magnetization in Mn-doped BaTiO3 thin films.
REFERENCES
1.
M. M.
Vijatovic
, J. D.
Bobic
, and B. D.
Stojanovic
, Sci. Sintering
40
, 155
(2008
). 2.
H. F
Cheng
, M.-H.
Yeh
, K.-S
, Liu
, and I.-N.
Lin
, Jpn. J. Appl. Phys.
32
, 5656
(1993
). 3.
J. D.
Baniecki
, T.
Shioga
, K.
Kurihara
, and N.
Kamehara
, J. Appl. Phys.
97
, 114101
(2005
). 4.
N.
Yanase
, K.
Abe
, N.
Fukushima
, and T.
Kawakubo
, Jpn. J. Appl. Phys.
38
, 5305
(1999
). 5.
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
). 6.
N.
Izyumskaya
, Y.
Alivov
, and S. J.
Cho
, Crit. Rev. Solid State Mater. Sci.
32
, 111
(2007
). 7.
S.
Wu
, S.
Wang
, L.
Chen
, and X.
Wang
, J. Mater. Sci: Mater. Electron.
19
, 505
(2008
). 8.
M. W.
Cole
, E.
Ngo
, S.
Hirsch
, M. B.
Okatan
, and S. P.
Alpay
, Appl. Phys. Lett.
92
, 072906
(2008
). 9.
J.
Wang
, J. B.
Neaton
, H.
Zheng
, V.
Nagarajan
, S. B.
Ogale
, B.
Liu
, D.
Viehland
, V.
Vaithyanathan
, D. G.
Schlom
, U. V.
Waghmare
, N. A.
Spaldin
, K. M.
Rabe
, M.
Wuttig
, and R.
Ramesh
, Science
299
, 1719
(2003
). 10.
T.
Kimura
, T.
Goto
, H.
Shintani
, K.
Lshizaka
, T.
Arima
, and Y.
Tokura
, Nature
426
, 55
(2003
). 11.
N.
Hur
, S.
Park
, P. A.
Sharma
, J. S.
Ahn
, S.
Guha
, and S.-W.
Cheong
, Nature
429
, 392
(2004
). 12.
C. G.
Duan
, S. S.
Jaswal
, and E. Y.
Tsymbal
, Phys. Rev. Lett.
97
, 047201
(2006
). 13.
W.
Eerenstein
, N. D.
Mathur
, and J. F.
Scott
, Nature
442
, 759
(2006
). 14.
H.
Nakayama
, and H. K.
Yoshida
, Jpn. J. Appl. Phys.
40
, L1355
(2001
). 15.
J. S.
Lee
, Z. G.
Khim
, Y. D.
Park
, D. P.
Norton
, N. A.
Theodoropoulou
, A. F.
Hebard
, J. D.
Budai
, L. A.
Boatner
, S. J.
Pearton
, and R. G.
Wilson
, Solid-State Electron.
47
, 2225
(2003
). 16.
Y.-H.
Lin
, S.
Zhang
, C.
Deng
, Y.
Zhang
, X.
Wang
, and C.-W.
Nan
, Appl. Phys. Lett.
92
, 112501
(2008
). 17.
B.
Xu
, K. B.
Yin
, J.
Lin
, Y. D.
Xia
, X. G.
Wan
, J.
Yin
, X. J.
Bai
, J.
Du
, and Z. G.
Liu
, Phys. Rev. B
79
, 134109
(2009
). 18.
Y.-H.
Lin
, J.
Yuan
, S.
Zhang
, Y.
Zhang
, J.
Liu
, Y.
Wang
, and C.-W.
Nan
, Appl. Phys. Lett.
95
, 033105
(2009
). 19.
X.
Tong
, Y.-H.
Lin
, S.
Zhang
, Y.
Wang
, and C.-W.
Nan
, Appl. Phys. Lett.
104
, 066108
(2008
).20.
R. V. K.
Mangalam
, M.
Chakrabrati
, D.
Sanyal
, A.
Chakrabati
, and A.
Sundaresan
, J. Phys.: Condens. Matter.
21
, 445902
(2009
). 21.
C. B.
Sawyer
, and C. H.
Tower
, Phys. Rev.
35
, 269
(1930
). 22.
M. A.
Lampert
, Phys. Rev.
103
, 1648
(1956
). 23.
T. L.
Rose
, E. M.
Lelliher
, A. N.
Scoville
, and S. E.
Stone
, J. Appl. Phys.
55
, 3706
(1984
). 24.
Y.
Takezawa
, K.
Kobayashi
, F.
Nakasone
, T.
Suzuki
, Y.
Mizuno
, and H.
Imai
, Jpn. J. Appl. Phys.
48
, 111408
(2009
). 25.
R.-A.
Eichel
, J. Electroceram.
19
, 9
(2007
). 26.
S. Y.
Wang
, B. L.
Cheng
, C.
Wang
, S. Y.
Dai
, H. B.
Lu
, Y. L.
Zhou
, Z. H.
Chen
, and G. Z.
Yang
, Appl. Phys. Lett.
84
, 4116
(2004
). 27.
K.
Tao
, Z.
Hao
, B.
Xu
, B.
Chen
, J.
Miao
, H.
Yang
, and B. R.
Zhao
, J. Appl. Phys.
94
, 4042
(2003
). 28.
Y.
Qi
, C.
Lu
, Q.
Zhang
, L.
Wang
, F.
Chen
, C.
Cheng
, and B.
Liu
, J. Phys. D
41
, 065407
(2008
). 29.
J. P.
Chu
, T.
Mahalingam
, C. F.
Liu
, and S. F.
Wang
, J. Mater Sci.
42
, 346
(2007
). 30.
R.
Thomas
, V. K.
Varadan
, S.
Komarneni
, and D. C.
Dube
, J. Appl. Phys.
90
, 1480
(2001
). 31.
L. M.
Huang
, Z. Y.
Chen
, J. D.
Wilson
, S.
Banerjee
, R. D.
Robinson
, I. P.
Herman
, R.
Laibowitz
, and S.
O’Brien
, J. Appl. Phys.
100
, 034316
(2006
). 32.
L.
Qiao
, and X.
Bi
, J. Eur. Ceram. Soc.
29
, 1995
(2009
). 33.
J. M. D.
Coey
, M.
Venkatesan
, and C. B.
Fitzgerald
, Nat. Mater.
4
, 173
(2005
). 34.
T.
Dietl
, H.
Ohno
, F.
Matsukura
, J.
Cibert
, and D.
Ferrand
, Science
287
, 1019
(2000
). 35.
S. Q.
Zhou
, E.
Cizmar
, K.
Potzger
, M.
Drause
, G.
Talut
, M.
Helm
, J.
Fassbender
, S. A.
Zvyagin
, J.
Wosnitza
, and H.
Schmidt
, Phys. Rev. B
79
, 113201
(2009
). 36.
H.
Chermette
, P.
Pertosa
, and F. M.
Michel-Calendini
, Chem. Phys. Lett.
69
, 240
(1980
). 37.
S. M.
Mukhopadhyay
and T. C. S.
Chen
, J. Mater. Res.
10
, 1502
(1995
). 38.
D. R.
Mullins
, S. H.
Overbury
, and D. R.
Huntley
, Surf. Sci.
409
, 307
(1998
). 39.
A. Q.
Wang
, P.
Punchaipetch
, R. M.
Wallace
, and T. D.
Golden
, J. Vac. Sci. Technol. B
21
, 1169
(2003
). 40.
L. R.
Shah
, B.
Ali
, H.
Zhu
, W. G.
Wang
, Y. Q.
Song
, H. W.
Zhang
, S. I.
Shah
, and J. Q.
Xiao
, J. Phys.: Condens. Matter
21
, 486004
(2009
). 41.
K. R.
Kittilstved
, W. K.
Liu
, and D. R.
Gamelin
, Nat. Mater.
5
, 291
(2006
). 42.
J. M. D.
Coey
, M.
Venkatesan
, and C. B.
Fitzgerald
, Nat. Mater.
4
, 173
(2005
). 43.
K. A.
Griffin
, A. B.
Pakhomov
, C. M.
Wang
, S. M.
Heald
, and Kannan M.
Krishnan
, Phys. Rev. Lett.
94
, 157204
(2005
). 44.
J. P.
Xu
, J. F.
Wang
, Y. B.
Lin
, X. C.
Liu
, Z. L.
Lu
, Z. H.
Lu
, L. Y.
Lv
, F. M.
Zhang
, and Y. W.
Du
, J. Phys. D
40
, 4757
(2007
). 45.
L. B.
Luo
, Y. G.
Zhao
, H. F.
Tian
, J. J.
Yang
, H. Y.
Zhang
, J. Q.
Li
, J. J.
Ding
, B.
He
, S. Q.
Wei
, and C.
Gao
, Appl. Phys. Lett.
92
, 232507
(2008
). 46.
C.
Ederer
and N. A.
Spaldin
, Nat. Mater.
3
, 849
(2004
). © 2011 American Institute of Physics.
2011
American Institute of Physics
You do not currently have access to this content.
