Epitaxial γ′-Fe4N films with different thicknesses were fabricated on Pb(Mg1/3Nb2/3)0.7Ti0.3O3 (PMN-PT) substrates by facing-target reactive sputtering. The magnetoelectric coupling (MEC) in the samples was systematically investigated. Firstly, the magnetization along different in-plane directions is tunable by the electric field. It was found that MEC in the films on PMN-PT(011) is stronger than that on PMN-PT(001) due to the different in-plane magnetic anisotropy. Moreover, the magnetoelectric coupling is strongly related to the γ′-Fe4N film thickness, which can be ascribed to the competition between the strain and spin-dependent screening effect induced MEC. Additionally, the electric-field tailored remanent magnetization of the samples gradually increases with temperature due to the thermal agitation. Besides, the electric-field effect on the out-of-plane magnetic hysteresis loops is consistent with the in-plane cases. The results are of benefit to the development of the electric-field controlled spintronic devices.
REFERENCES
1.
I.
Zutic
, J.
Fabian
, and S.
Das Sarma
, Rev. Mod. Phys.
76
, 323
(2004
). 2.
M.
Bibes
and A.
Barthelemy
, Nat. Mater.
7
, 425
(2008
). 3.
T.
Yoo
, S.
Khym
, H.
Lee
, S.
Lee
, S.
Lee
, X.
Liu
, J. K.
Furdyna
, D. U.
Lee
, and E. K.
Kim
, Appl. Phys. Lett.
102
, 212404
(2013
). 4.
M.
Liu
, B. M.
Howe
, L.
Grazulis
, K.
Mahalingam
, T.
Nan
, N. X.
Sun
, and G. J.
Brown
, Adv. Mater.
25
, 4886
(2013
). 5.
B.
Peng
, C.
Zhang
, Y.
Yan
, and M.
Liu
, Phys. Rev. Appl.
7
, 044015
(2017
). 6.
S.
Zhang
, Y. G.
Zhao
, P. S.
Li
, J. J.
Yang
, S.
Rizwan
, J. X.
Zhang
, J.
Seide
, T. L.
Qu
, Y. J.
Yang
, Z. L.
Luo
, Q.
He
, T.
Zou
, Q. P.
Chen
, J. W.
Wang
, L. F.
Yang
, Y.
Sun
, Y. Z.
Wu
, X.
Xiao
, X. F.
Jin
, J.
Huang
, C.
Gao
, X. F.
Han
, and R.
Ramesh
, Phys. Rev. Lett.
108
, 137203
(2012
). 7.
L.
Yang
, Y.
Zhao
, S.
Zhang
, P.
Li
, Y.
Gao
, Y.
Yang
, H.
Huang
, P.
Miao
, Y.
Liu
, A.
Chen
, C. W.
Nan
, and C.
Gao
, Sci. Rep.
4
, 4591
(2014
). 8.
Y.
Liu
, Y.
Zhao
, P.
Li
, S.
Zhang
, D.
Li
, H.
Wu
, A.
Chen
, Y.
Xu
, X. F.
Han
, S.
Li
, D.
Lin
, and H.
Luo
, ACS Appl. Mater. Interfaces
8
, 3784
(2016
). 9.
C.
Jiang
, F.
Wang
, C.
Dong
, C.
Zhou
, L.
Wu
, and D.
Xue
, Appl. Phys. Lett.
108
, 032401
(2016
). 10.
S.
Zhang
, Y.
Zhao
, X.
Xiao
, Y.
Wu
, S.
Rizwan
, L.
Yang
, P.
Li
, J.
Wang
, M.
Zhu
, H.
Zhang
, X.
Jin
, and X.
Han
, Sci. Rep.
4
, 3727
(2014
). 11.
Q.
Zhang
, Y.
Yang
, R.
Gao
, W.
Zhou
, Q.
Li
, D.
Wang
, and Y.
Du
, Mater. Lett.
121
, 50
(2014
). 12.
Y.
Liu
, F.
Hu
, M.
Zhang
, J.
Wang
, F.
Shen
, W.
Zuo
, J.
Zhang
, J.
Sun
, and B.
Shen
, Appl. Phys. Lett.
110
, 022401
(2017
). 13.
M.
Liu
, O.
Obi
, J.
Lou
, Y.
Chen
, Z.
Cai
, S.
Stoute
, M.
Espanol
, M.
Lew
, X.
Situ
, K. S.
Ziemer
, V. G.
Harris
, and N. X.
Sun
, Adv. Funct. Mater.
19
, 1826
(2009
). 14.
T.
Wu
, A.
Bur
, P.
Zhao
, K. P.
Mohanchandra
, K.
Wong
, K. L.
Wang
, C. S.
Lynch
, and G. P.
Carman
, Appl. Phys. Lett.
98
, 012504
(2011
). 15.
S.-W.
Yang
, R.-C.
Peng
, T.
Jiang
, Y.-K.
Liu
, L.
Feng
, J.-J.
Wang
, L.-Q.
Chen
, X.-G.
Li
, and C.-W.
Nan
, Adv. Mater.
26
, 7091
(2014
). 16.
Q.-X.
Zhu
, M.-M.
Yang
, M.
Zheng
, R.-K.
Zheng
, L.-J.
Guo
, Y.
Wang
, J.-X.
Zhang
, X.-M.
Li
, H.-S.
Luo
, and X.-G.
Li
, Adv. Funct. Mater.
25
, 1111
(2015
). 17.
W.
Zhou
, C.
Ma
, Z.
Gan
, Z.
Zhang
, X.
Wang
, W.
Tan
, and D.
Wang
, Appl. Phys. Lett.
111
, 052401
(2017
). 18.
T.
Kanki
, H.
Tanaka
, and T.
Kawai
, Appl. Phys. Lett.
89
, 242506
(2006
). 19.
J. D.
Burton
and E. Y.
Tsymbal
, Phys. Rev. B
80
, 174406
(2009
). 20.
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
). 21.
T.
Nan
, Z.
Zhou
, M.
Liu
, X.
Yang
, Y.
Gao
, B.
Assaf
, H.
Lin
, S.
Velu
, X.
Wang
, H.
Luo
, J.
Chen
, S.
Akhtar
, E.
Hu
, R.
Rajiv
, K.
Krishnan
, S.
Sreedhar
, D.
Heiman
, B. M.
Howe
, G. J.
Brown
, and N. X.
Sun
, Sci. Rep.
4
, 3688
(2014
). 22.
W.-G.
Wang
, M.
Li
, S.
Hageman
, and C. L.
Chien
, Nat. Mater.
11
, 64
(2012
). 23.
Y.
Shiota
, T.
Nozaki
, F.
Bonell
, S.
Murakami
, T.
Shinjo
, and Y.
Suzuki
, Nat. Mater.
11
, 39
(2012
). 24.
C.-G.
Duan
, J. P.
Velev
, R. F.
Sabirianov
, Z.
Zhu
, J.
Chu
, S. S.
Jaswal
, and E. Y.
Tsymbal
, Phys. Rev. Lett.
101
, 137201
(2008
). 25.
M. K.
Niranjan
, J. D.
Burton
, J. P.
Velev
, S. S.
Jaswal
, and E. Y.
Tsymbal
, Appl. Phys. Lett.
95
, 052501
(2009
). 26.
C.-L.
Jia
, T.-L.
Wei
, C.-J.
Jiang
, D.-S.
Xue
, A.
Sukhov
, and J.
Berakdar
, Phys. Rev. B
90
, 054423
(2014
). 27.
C.
Zhang
, F.
Wang
, C.
Dong
, C.
Gao
, C.
Jia
, C.
Jiang
, and D.
Xue
, Nanoscale
7
, 4187
(2015
). 28.
C.
Zhou
, L.
Shen
, M.
Liu
, C.
Gao
, C.
Jia
, C.
Jiang
, and D.
Xue
, Adv. Funct. Mater.
28
, 1707027
(2018
). 29.
C.
Zhou
, L.
Shen
, M.
Liu
, C.
Gao
, C.
Jia
, and C.
Jiang
, Phys. Rev. Appl.
9
, 014006
(2018
). 30.
Z.
Lai
, C.
Li
, Z.
Li
, X.
Liu
, Z.
Zhou
, W.
Mi
, and M.
Liu
, J. Mater. Chem. C
7
, 8537
(2019
). 31.
K.
Ito
, S.
Higashikozono
, F.
Takata
, T.
Gushi
, K.
Toko
, and T.
Suemasu
, J. Cryst. Growth
455
, 66
(2016
). 32.
Z.
Lai
, Z.
Li
, X.
Liu
, L.
Bai
, Y.
Tian
, and W.
Mi
, J. Phys. D Appl. Phys.
51
, 245001
(2018
). 33.
W. B.
Mi
, L.
Guo
, E. Y.
Jiang
, Z. Q.
Li
, P.
Wu
, and H. L.
Bai
, J. Phys. D Appl. Phys.
36
, 2393
(2003
). 34.
H.-G.
Kim
, B.-K.
Choi
, J.-Y.
Park
, H.-D.
Cho
, and Y.-H.
Jeong
, J. Alloys Compd.
481
, 867
(2009
). 35.
T.
Oku
, T.
Nakayama
, M.
Kuno
, Y.
Nozue
, L. R.
Wallenberg
, K.
Niihara
, and K.
Suganuma
, Mater. Sci. Eng. B
74
, 242
(2000
). 36.
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
). 37.
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
). 38.
Z.
Wang
, Y.
Wang
, H.
Luo
, J.
Li
, and D.
Viehland
, Phys. Rev. B
90
, 134103
(2014
). 39.
Y.
Zhang
, Z.
Wang
, and J.
Cao
, Comput. Mater. Sci.
92
, 464
(2014
). 40.
J. S.
Lord
, J. G. M.
Armitage
, P. C.
Riedi
, S. F.
Matar
, and G.
Demazeau
, J. Phys. Condens. Matter.
6
, 1779
(1994
). 41.
M.
Li
, G.-C.
Wang
, and H.-G.
Min
, J. Appl. Phys.
83
, 5313
(1998
). 42.
Y.-P.
Zhao
, R. M.
Gamache
, G.-C.
Wang
, T.-M.
Lu
, G.
Palasantzas
, and J. T. M.
de Hosson
, J. Appl. Phys.
89
, 1325
(2001
). 43.
K.
Maaz
, A.
Mumtaz
, S. K.
Hasanain
, and M. F.
Bertino
, J. Magn. Magn. Mater.
322
, 2199
(2010
). 44.
X.
Batlle
, M.
García del Muro
, J.
Tejada
, H.
Pfeiffer
, P.
Görnert
, and E.
Sinn
, J. Appl. Phys.
74
, 3333
(1993
). 45.
F.
Takata
, K.
Ito
, S.
Higashikozono
, T.
Gushi
, K.
Toko
, and T.
Suemasu
, J. Appl. Phys.
120
, 083907
(2016
). 46.
P.
Przyslupski
, I.
Komissarov
, W.
Paszkowicz
, P.
Dluzewski
, R.
Minikayev
, and M.
Sawicki
, Phys. Rev. B
69
, 134428
(2004
). 47.
O.
de Lima
, R.
Ribeiro
, M.
Avila
, C.
Cardoso
, and A.
Coelho
, Phys. Rev. Lett.
86
, 5974
(2001
). 48.
M.
Wei
, M.
Li
, Y.
Zhu
, M.
Zhao
, Q.
Wang
, F.
Zhang
, Y.
Zhang
, Z.
Hu
, R.
Jiang
, and D.
Zhao
, J. Alloys Compd.
676
, 96
(2016
). 49.
J. J.
Yang
, Y. G.
Zhao
, H. F.
Tian
, L. B.
Luo
, H. Y.
Zhang
, Y. J.
He
, and H. S.
Luo
, Appl. Phys. Lett.
94
, 212504
(2009
). © 2019 Author(s).
2019
Author(s)
You do not currently have access to this content.
