We employed a multitechnique approach using piezo-force response microscopy and photoemission microscopy to investigate a self-organizing polarization domain pattern in PbTiO3/La0.7Sr0.3MnO3 (PTO/LSMO) nanostructures. The polarization is correlated with the nanostructure morphology as well as with the thickness and Mn valence of the LSMO template layer. On the LSMO dots, the PTO is upwards polarized, whereas outside the nanodots, the polarization appears both strain and interface roughness dependent. The results suggest that the electronic structure and strain of the PTO/LSMO interface contribute to determining the internal bias of the ferroelectric layer.
References
1.
G.
Arlt
and H.
Neumann
, Ferroelectrics
87
, 109
(1988
).2.
D.
Damjanovic
, Rep. Prog. Phys.
61
, 1267
(1998
).3.
M.
Dawber
and J. F.
Scott
, Appl. Phys. Lett.
76
, 1060
(2000
).4.
Y.
Hou
, Z.
Lü
, T.
Pu
, Y.
Zhang
, G.
Xu
, and H.
Xu
, Appl. Phys. Lett.
102
, 063507
(2013
).5.
H.-J.
Shin
, J. H.
Choi
, H. J.
Yang
, Y. D.
Park
, Y.
Kuk
, and C.-J.
Kang
, Appl. Phys. Lett.
87
, 113114
(2005
).6.
R. V.
Chopdekar
and Y.
Suzuki
, Appl. Phys. Lett.
89
, 182506
(2006
).7.
Y.
Zhang
, Z.
Li
, C.
Deng
, J.
Ma
, Y.
Lin
, and C.-W.
Nan
, Appl. Phys. Lett.
92
, 152510
(2008
).8.
R. V.
Chopdekar
, V. K.
Malik
, A.
Fraile Rodriguez
, L.
Le Guyader
, Y.
Takamura
, A.
Scholl
, D.
Stender
, C. W.
Schneider
, C.
Bernhard
, F.
Nolting
, and L. J.
Heyderman
, Phys. Rev. B
86
, 014408
(2012
).9.
L.
Jiang
, W. S.
Choi
, H.
Jeen
, S.
Dong
, Y.
Kim
, M.-G.
Han
, Y.
Zhu
, S. V.
Kalinin
, E.
Dagotto
, T.
Egami
, and H. N.
Lee
, Nano Lett.
13
, 5837
(2013
).10.
I. B.
Misirlioglu
, M. B.
Okatan
, and S. P.
Alpay
, J. Appl. Phys.
108
, 034105
(2010
).11.
I.
Misirlioglu
, M.
Okatan
, and S.
Alpay
, Integr. Ferroelectr.
126
, 142
(2011
).12.
M.
Grossmann
, O.
Lohse
, D.
Bolten
, U.
Boettger
, T.
Schneller
, and R.
Waser
, J. Appl. Phys.
92
, 2680
(2002
).13.
M.
Grossmann
, O.
Lohse
, D.
Bolten
, U.
Boettger
, and R.
Waser
, J. Appl. Phys.
92
, 2688
(2002
).14.
E.
Arenholz
, G.
van der Laan
, A.
Fraile-Rodríguez
, P.
Yu
, Q.
He
, and R.
Ramesh
, Phys. Rev. B
82
, 140103
(2010
).15.
H.
Chen
and S.
Ismail-Beigi
, Phys. Rev. B
86
, 024433
(2012
).16.
T. Y.
Chien
, L. F.
Kourkoutis
, J.
Chakhalian
, B.
Gray
, M.
Kareev
, N. P.
Guisinger
, D. A.
Muller
, and J. W.
Freeland
, Nat. Commun.
4
, 2336
(2013
).17.
C.-G.
Duan
, R. F.
Sabirianov
, W.-N.
Mei
, S. S.
Jaswal
, and E. Y.
Tsymbal
, Nano Lett.
6
, 483
(2006
).18.
P.
Yu
, W.
Luo
, D.
Yi
, J. X.
Zhang
, M. D.
Rossell
, C.-H.
Yang
, L.
You
, G.
Singh-Bhalla
, S. Y.
Yang
, Q.
He
, Q. M.
Ramasse
, R.
Erni
, L. W.
Martin
, Y. H.
Chu
, S. T.
Pantelides
, S. J.
Pennycook
, and R.
Ramesh
, Proc. Natl. Acad. Sci.
109
, 9710
(2012
).19.
L.
Jin
, C. L.
Jia
, and I.
Vrejoiu
, Appl. Phys. Lett.
105
, 132903
(2014
).20.
C. A. F.
Vaz
, J.
Hoffman
, Y.
Segal
, J. W.
Reiner
, R. D.
Grober
, Z.
Zhang
, C. H.
Ahn
, and F. J.
Walker
, Phys. Rev. Lett.
104
, 127202
(2010
).21.
I.
Krug
, N.
Barrett
, A.
Petraru
, A.
Locatelli
, T. O.
Mentes
, M. A.
Niño
, K.
Rahmanizadeh
, G.
Bihlmayer
, and C. M.
Schneider
, Appl. Phys. Lett.
97
, 222903
(2010
).22.
N.
Barrett
, J.
Rault
, I.
Krug
, B.
Vilquin
, G.
Niu
, B.
Gautier
, D.
Albertini
, P.
Lecoeur
, and O.
Renault
, Surf. Interface Anal.
42
, 1690
–1694
(2010
).23.
S.
Polisetty
, J.
Zhou
, J.
Karthik
, A. R.
Damodaran
, D.
Chen
, A.
Scholl
, L. W.
Martin
, and M.
Holcomb
, J. Phys.: Condens. Matter
24
, 245902
(2012
).24.
T.
Zhao
, A.
Scholl
, F.
Zavaliche
, H.
Zheng
, M.
Barry
, A.
Doran
, K.
Lee
, M. P.
Cruz
, and R.
Ramesh
, Appl. Phys. Lett.
90
, 123104
(2007
).25.
Y.-H.
Chu
, L. W.
Martin
, M. B.
Holcomb
, M.
Gajek
, S.-J.
Han
, Q.
He
, N.
Balke
, C.-H.
Yang
, D.
Lee
, W.
Hu
, Q.
Zhan
, P.-L.
Yang
, A.
Fraile-Rodríguez
, A.
Scholl
, S. X.
Wang
, and R.
Ramesh
, Nat. Mater.
7
, 478
(2008
).26.
I.
Vrejoiu
, A.
Morelli
, F.
Johann
, and D.
Biggemann
, Appl. Phys. Lett.
99
, 082906
(2011
).27.
A.
Gruverman
, O.
Kolosov
, J.
Hatano
, K.
Takahashi
, and H.
Tokumoto
, J. Vac. Sci. Technol., B
13
, 1095
(1995
).28.
B.
Gilbert
, B. H.
Frazer
, A.
Belz
, P. G.
Conrad
, K. H.
Nealson
, D.
Haskel
, J. C.
Lang
, G.
Srajer
, and G. D.
Stasio
, J. Phys. Chem. A
107
, 2839
(2003
).29.
R.
Laskowski
and P.
Blaha
, Phys. Rev. B
82
, 205104
(2010
).30.
P.
Krüger
, J. Phys.: Conf. Ser.
190
, 012006
(2009
).31.
P.
Krüger
, Phys. Rev. B
81
, 125121
(2010
).32.
S.
Valencia
, Z.
Konstantinovic
, A.
Gaupp
, D.
Schmitz
, L.
Balcells
, and B.
Martínez
, J. Appl. Phys.
109
, 07D718
(2011
).33.
L.
Samet
, D.
Imhoff
, J.-L.
Maurice
, J.-P.
Contour
, A.
Gloter
, T.
Manoubi
, A.
Fert
, and C.
Colliex
, Eur. Phys. J. B
34
, 179
(2003
).34.
J. A.
Mundy
, L.
Fitting Kourkoutis
, Y.
Hikita
, T.
Hidaka
, H. Y.
Hwang
, and D. A.
Muller
, Microsc. Microanal.
16
, 1398
(2010
).35.
N.
Wang
, H.
Chen
, H.
He
, W.
Norimatsu
, M.
Kusunoki
, and K.
Koumoto
, Sci. Rep.
3
, 3449
(2013
).36.
N.
Nagakawa
, H. Y.
Hwang
, and D. A.
Muller
, Nat. Mater.
5
, 204
(2006
).37.
H. H.
Boschker
, J.
Verbeeck
, R.
Egoavil
, S.
Bals
, G.
van Tendeloo
, M.
Huijben
, E. P.
Houwman
, G.
Koster
, D. H. A.
Blank
, and G.
Rijnders
, Adv. Funct. Mater.
22
, 2235
(2012
).38.
J. A.
Mundy
, Y.
Hikita
, T.
Hidaka
, T.
Yajima
, T.
Higuchi
, H. Y.
Hwang
, D. A.
Muller
, and L. F.
Kourkoutis
, Nat. Commun.
5
, 3464
(2014
).39.
A.
Monsen
, F.
Song
, Z.
Li
, J.
Boschker
, T.
Tybell
, E.
Wahlström
, and J.
Wells
, Surf. Sci.
606
, 1360
(2012
).40.
M.
Huijben
, L. W.
Martin
, Y.-H.
Chu
, M. B.
Holcomb
, P.
Yu
, G.
Rijnders
, D. H. A.
Blank
, and R.
Ramesh
, Phys. Rev. B
78
, 094413
(2008
).41.
J.
Garcia-Barriocanal
, J.
Cezar
, F.
Bruno
, P.
Thakur
, N.
Brookes
, C.
Utfeld
, A.
Rivera-Calzada
, S.
Giblin
, J.
Taylor
, J.
Duffy
, S.
Dugdale
, T.
Nakamura
, K.
Kodama
, C.
Leon
, S.
Okamoto
, and J.
Santamaria
, Nat. Commun.
1
, 82
(2010
).42.
J. D.
Burton
and E. Y.
Tsymbal
, Phys. Rev. B
80
, 174406
(2009
).© 2016 Author(s).
2016
Author(s)
You do not currently have access to this content.
