Structural and magnetotransport properties of epitaxial La0.67Ca0.33MnO3(30 nm)/NdGaO3(001) [LCMO/NGO(001)] films are tuned by inserting an insulating SmFeO3 (SFO) buffer layer at various thicknesses (t). All the layers and the NGO substrates have the same Pbnm symmetry with the octahedra tilting about the b-axis, but different orthorhombicity (d). We found that as t increases, the fully strained (≤15 nm) or partially relaxed (30–60 nm) SFO layers can produce different d in the upper LCMO films. Correspondingly, the induced antiferromagnetic-insulating (AFI) state in LCMO is greatly enhanced with TAFI shifted from ∼250 K for t ≤ 15 nm to ∼263 K for t = 30–60 nm. We also show that the strain relaxation for t ≥ 30 nm is remarkably anisotropic, with a stable lattice constant a as that of the NGO substrates but increasing b of both SFO and LCMO layers. This indicates the octahedral coupling across the interfaces, leaving the strain along the a-axis accommodated by the octahedral tilts, while along the b-axis most probably by the octahedral deformations. The AFI state in the LCMO layer could be ascribed to the enhanced orthorhombicity with cooperatively increased Jahn-Teller-like distortions and tilting of the MnO6 octahedra. The results strongly suggest that the interfacial octahedral coupling plays a crucial role in epitaxial growth and in tuning functionalities of the perovskite oxide films.

1.
P. M.
Woodward
,
Acta Crystallogr., Sect. B: Struct. Sci.
53
,
44
(
1997
).
2.
J. B.
Goodenough
,
Rep. Prog. Phys.
67
,
1915
(
2004
).
3.
P. M.
Woodward
,
T.
Vogt
,
D. E.
Cox
,
A.
Arulraj
,
C. N. R.
Rao
,
P.
Karen
, and
A. K.
Cheetham
,
Chem. Mater.
10
,
3652
(
1998
).
4.
J. A.
Collado
,
C.
Frontera
,
J. L.
García-Muñoz
,
C.
Ritter
,
M.
Brunelli
, and
M. A. G.
Aranda
,
Chem. Mater.
15
,
167
(
2003
).
5.
G.
Cao
,
S.
McCall
,
M.
Shepard
, and
J. E.
Crow
,
Phys. Rev. B
56
,
321
(
1997
).
6.
A.-M.
Haghiri-Gosnet
and
J.-P.
Renard
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
36
,
R127
(
2003
).
7.
A.
Sadoc
,
B.
Mercey
,
C.
Simon
,
D.
Grebille
,
W.
Prellier
, and
M.-B.
Lepetit
,
Phys. Rev. Lett.
104
,
046804
(
2010
).
8.
D.
Kumar
,
S.
Kumar
,
R.
Rawat
,
R. J.
Choudhary
, and
V. G.
Sathe
,
Thin Solid Films
566
,
5
(
2014
).
9.
C.
Christides
,
P.
Deen
,
N.
Moutis
,
E.
Houssakou
,
L.
Bouchenoire
, and
K.
Prassides
,
Phys. Rev. B
75
,
014432
(
2007
).
10.
D. L.
Proffit
,
H. W.
Jang
,
S.
Lee
,
C. T.
Nelson
,
X. Q.
Pan
,
M. S.
Rzchowski
, and
C. B.
Eom
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
111912
(
2008
).
11.
J.
He
,
A.
Borisevich
,
S. V.
Kalinin
,
S. J.
Pennycook
, and
S. T.
Pantelides
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
227203
(
2010
).
12.
J. M.
Rondinelli
and
N. A.
Spaldin
,
Phys. Rev. B
82
,
113402
(
2010
).
13.
S. H.
Chang
,
Y. J.
Chang
,
S. Y.
Jang
,
D. W.
Jeong
,
C. U.
Jung
,
Y.-J.
Kim
,
J.-S.
Chung
, and
T. W.
Noh
,
Phys. Rev. B
84
,
104101
(
2011
).
14.
D.
Kan
,
R.
Aso
,
H.
Kurata
, and
Y.
Shimakawa
,
Adv. Funct. Mater.
23
,
1129
(
2013
).
15.
Z. H.
Chen
,
A. R.
Damodaran
,
R.
Xu
,
S.
Lee
, and
L. W.
Martin
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
182908
(
2014
).
16.
E. J.
Moon
,
P. V.
Balachandran
,
B. J.
Kirby
,
D. J.
Keavney
,
R. J.
Sichel-Tissot
,
C. M.
Schlepütz
,
E.
Karapetrova
,
X. M.
Cheng
,
J. M.
Rondineli
, and
S. J.
May
,
Nano Lett.
14
,
2509
(
2014
).
17.
D.
Kan
,
R.
Aso
,
H.
Kurata
, and
Y.
Shimakawa
,
J. Appl. Phys.
115
,
184304
(
2014
).
18.
Z.
Huang
,
G. Y.
Gao
,
Z. Z.
Yin
,
X. X.
Feng
,
Y. Z.
Chen
,
X. R.
Zhao
,
J. R.
Sun
, and
W. B.
Wu
,
J. Appl. Phys.
105
,
113919
(
2009
).
19.
Z.
Huang
,
L. F.
Wang
,
X. L.
Tan
,
P. F.
Chen
,
G. Y.
Gao
, and
W. B.
Wu
,
J. Appl. Phys.
108
,
083912
(
2010
).
20.
Z.
Huang
,
L. F.
Wang
,
P. F.
Chen
,
G. Y.
Gao
,
X. L.
Tan
,
B. W.
Zhi
,
X. F.
Xuan
, and
W. B.
Wu
,
Phys. Rev. B
86
,
014410
(
2012
);
L. F.
Wang
,
X. L.
Tan
,
P. F.
Chen
,
B. W.
Zhi
,
B. B.
Chen
,
Z.
Huang
,
G. Y.
Gao
, and
W. B.
Wu
,
AIP Adv.
3
,
052106
(
2013
).
21.
A. M.
Glazer
,
Acta Crystallogr., Sect. A: Cryst. Phys., Diffr., Theor. Gen.
31
,
756
(
1975
).
22.
D.
Pesquera
,
G.
Herranz
,
A.
Barla
,
E.
Pellegrin
,
F.
Bondino
,
E.
Magnano
,
F.
Sanchez
, and
J.
Fontcuberta
,
Nat. Commun.
3
,
1189
(
2012
).
23.
A. T.
Zayak
,
X.
Huang
,
J. B.
Neaton
, and
K. M.
Rabe
,
Phys. Rev. B
74
,
094104
(
2006
).
24.
S. J.
May
,
C. R.
Smith
,
J. W.
Kim
,
E.
Karapetrova
,
A.
Bhattacharya
, and
P. J.
Ryan
,
Phys. Rev. B
83
,
153411
(
2011
).
25.
J. M.
Rondinelli
and
N. A.
Spaldin
,
Adv. Mater.
23
,
3363
(
2011
);
[PubMed]
J. M.
Rondinelli
,
S. J.
May
, and
J. W.
Freeland
,
MRS Bull.
37
,
261
(
2012
).
26.
C. L.
Jia
,
S. B.
Mi
,
M.
Faley
,
U.
Poppe
,
J.
Schubert
, and
K.
Urban
,
Phys. Rev. B
79
,
081405(R)
(
2009
);
J.
Hwang
,
J. Y.
Zhang
,
J.
Son
, and
S.
Stemmer
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
191909
(
2012
).
27.
A. Y.
Borisevich
,
H. J.
Chang
,
M.
Huijben
,
M. P.
Oxley
,
S.
Okamoto
,
M. K.
Niranjan
,
J. D.
Burton
,
E. Y.
Tsymbal
,
Y. H.
Chu
,
P.
Yu
,
R.
Ramesh
,
S. V.
Kalinin
, and
S. J.
Pennycook
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
087204
(
2010
).
28.
R.
Aso
,
D.
Kan
,
Y.
Shimakawa
, and
H.
Kurata
,
Sci. Rep.
3
,
2214
(
2013
).
29.
R.
Aso
,
D.
Kan
,
Y.
Shimakawa
, and
H.
Kurata
,
Cryst. Growth Des.
14
,
2128
(
2014
).
30.
F.
Sandiumenge
,
N.
Bagués
, and
J.
Santiso
,
Front. Mater.
1
,
1
(
2014
).
31.
A.
Bhattacharya
and
S. J.
May
,
Annu. Rev. Mater. Res.
44
,
65
(
2014
).
32.
J. M.
Rondinelli
and
C. J.
Fennie
,
Adv. Mater.
24
,
1961
(
2012
).
33.
J.
Blasco
,
J.
García
,
J. M. de
Teresa
,
M. R.
Ibarra
,
P. A.
Algarabel
, and
C.
Marquina
,
J. Phys.: Condens. Matter
8
,
7427
(
1996
).
34.
W.
Marti
,
P.
Fischer
,
J.
Schefer
, and
F.
Kubel
,
Z. Kristallogr.
211
,
891
(
1996
).
35.
M.
Marezio
,
J. P.
Remeika
, and
P. D.
Dernier
,
Acta Crystallogr., Sect. B: Struct. Crystallogr. Cryst. Chem.
26
,
2008
(
1970
).
36.
P. F.
Chen
,
B. B.
Chen
,
X. L.
Tan
,
H. R.
Xu
,
X. F.
Xuan
,
Z.
Guo
,
F.
Jin
, and
W. B.
Wu
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
262402
(
2013
).
37.
A. J.
Millis
,
T.
Darling
, and
A.
Migliori
,
J. Appl. Phys.
83
,
1588
(
1998
).
38.
M.
Uehara
,
S.
Mori
,
C. H.
Chen
, and
S.-W.
Cheong
,
Nature
399
,
560
(
1999
).
39.
A.
Biswas
,
M.
Rajeswari
,
R. C.
Srivastava
,
T.
Venkatesan
,
R. L.
Greene
,
Q.
Lu
,
A. L.
de Lozanne
, and
A. J.
Mills
,
Phys. Rev. B
63
,
184424
(
2001
);
M.
Ziese
,
H. C.
Semmelhack
,
K. H.
Han
,
S. P.
Sena
, and
H. J.
Blythe
,
J. Appl. Phys.
91
,
9930
(
2002
);
M.
Bibes
,
S.
Valencia
,
L1.
Balcells
,
B.
Martínez
,
J.
Fontcuberta
,
M.
Wojcik
,
S.
Nadolski
, and
E.
Jedryka
,
Phys. Rev. B
66
,
134416
(
2002
).
40.
L.
Abad
,
V.
Laukhin
,
S.
Valencia
,
A.
Gaup
,
W.
Gudat
,
L.
Balcells
, and
B.
Martinez
,
Adv. Funct. Mater.
17
,
3918
(
2007
);
Y. L.
Qin
,
H. W.
Zandbergen
,
Z. Q.
Yang
, and
J.
Aarts
,
Philos. Mag.
85
,
4465
(
2005
).
41.
P. K.
Siwach
,
H. K.
Singh
, and
O. N.
Srivastava
,
J. Phys.: Condens. Matter
20
,
273201
(
2008
).
42.
J. S.
Zhou
and
J. B.
Goodenough
,
Phys. Rev. B
77
,
132104
(
2008
).
43.
M. W.
Lifaso
and
P. M.
Woodward
,
Acta Crystallogr., Sect. B: Struct. Sci.
60
,
10
(
2004
).
44.
M.
Medarde
,
J.
Mesot
,
P.
Lacorre
,
S.
Rosenkranz
,
P.
Fischer
, and
K.
Gobrecht
,
Phys. Rev. B
52
,
9248
(
1995
).
45.
Y.
Tokura
and
N.
Nagaosa
,
Science
288
,
462
(
2000
).
46.
W.
Wu
,
C.
Israel
,
N.
Hur
,
S.
Park
,
S.-W.
Cheong
, and
A. D.
Lozanne
,
Nature Mater.
5
,
881
(
2006
).
You do not currently have access to this content.