The insertion of a Co single atomic layer into multiferroic interfaces is examined from first principles taking interfaces between BaTiO and FeSi as an example. We demonstrate that insertion of a Co atomic layer strongly prevents Si from being exposed to the interface. This protecting effect of Co makes the interface magnetoelectric constant of FeSi/Co/BaTiO(001) remarkably large with 1.4 as, which makes contrast with the reduction of the interface multiferroicity by Si at the FeSi/BaTiO(001) interface. The stability of the Co monolayer and the origin of the large magnetoelectric effect are clarified.
REFERENCES
1.
T.
Taniyama
, J. Phys. Condens. Matter
27
, 504001
(2015
). 2.
M.
Fiebig
, T.
Lottermoser
, D.
Meier
, and M.
Trassin
, Nat. Rev. Mater.
1
, 16046
(2016
). 3.
Y.
Wang
, J.
Li
, and D.
Viehland
, Mater. Today
17
, 269
(2014
). 4.
5.
P.
Borisov
, A.
Hochstrat
, V. V.
Shvartsman
, and W.
Kleemann
, Rev. Sci. Instrum.
78
, 106105
(2007
). 6.
X.
He
, Y.
Wang
, N.
Wu
, A. N.
Caruso
, E.
Vescovo
, K. D.
Belashchenko
, P. A.
Dowben
, and C.
Binek
, Nat. Mater.
9
, 579
(2010
). 7.
J. B.
Neaton
, C.
Ederer
, U. V.
Waghmare
, N. A.
Spaldin
, and K. M.
Rabe
, Phys. Rev. B
71
, 014113
(2005
). 8.
C.
Ederer
and N. A.
Spaldin
, Phys. Rev. B
71
, 224103
(2005
). 9.
S.
Sakurai
, S.
Kuroki
, H.
Tokoro
, K.
Hashimoto
, and S.
Ohkoshi
, Adv. Funct. Mater.
17
, 2278
(2007
). 10.
J.
Tuček
, R.
Zbořil
, A.
Namai
, and S.
Ohkoshi
, Chem. Mater.
22
, 6483
(2010
). 11.
Y.
Hamasaki
, T.
Shimizu
, S.
Yasui
, T.
Shiraishi
, A.
Akama
, T.
Kiguchi
, T.
Taniyama
, and M.
Itoh
, J. Appl. Phys.
122
, 015301
(2017
). 12.
V.
Laukhin
, V.
Skumryev
, X.
Martí
, D.
Hrabovsky
, F.
Sánchez
, M. V.
Garía-Cuenca
, C.
Ferrater
, M.
Varela
, U.
Lüders
, J. F.
Bobo
, and J.
Fontcuberta
, Phys. Rev. Lett.
97
, 227201
(2006
). 13.
T.
Kimura
, T.
Goto
, H.
Shintani
, K.
Ishizaka
, T.
Arima
, and Y.
Tokura
, Nature
426
, 55
(2003
). 14.
T.
Goto
, T.
Kimura
, G.
Lawes
, A. P.
Ramirez
, and Y.
Tokura
, Phys. Rev. Lett.
92
, 257201
(2004
). 15.
O.
Prokhnenko
, R.
Feyerherm
, E.
Dudzik
, S.
Landsgesell
, N.
Aliouane
, L. C.
Chapon
, and D. N.
Argyriou
, Phys. Rev. Lett.
98
, 057206
(2007
). 16.
J. S.
White
, M.
Bator
, Y.
Hu
, H.
Luetkens
, J.
Stahn
, S.
Capelli
, S.
Das
, M.
Döbeli
, Th.
Lippert
, V. K.
Malik
, J.
Martynczuk
, A.
Wokaun
, M.
Kenzelmann
, Ch.
Niedermayer
, and C. W.
Schneider
, Phys. Rev. Lett.
111
, 037201
(2013
). 17.
N.
Hur
, S.
Park
, P. A.
Sharma
, S.
Guha
, and S.-W.
Cheong
, Nature
429
, 392
(2004
). 18.
L. C.
Chapon
, G. R.
Blake
, M. J.
Gutmann
, S.
Park
, N.
Hur
, P. G.
Radaelli
, and S.-W.
Cheong
, Phys. Rev. Lett.
93
, 177402
(2004
). 19.
Y.
Kato
, K.
Kimura
, A.
Miyake
, M.
Tokunaga
, A.
Matsuo
, K.
Kindo
, M.
Akaki
, M.
Hagiwara
, S.
Kimura
, T.
Kimura
, and Y.
Motome
, Phys. Rev. B
99
, 024415
(2019
). 20.
F.
Matsukura
, Y.
Tokura
, and H.
Ohno
, Nat. Nanotech.
10
, 209
(2015
). 21.
N. A.
Hill
, J. Phys. Chem. B
104
, 6694
(2000
). 22.
V.
Skumryev
, V.
Laukhin
, I.
Fina
, X.
Martí
, F.
Sánchez
, M.
Gospodinov
, and J.
Fontcuberta
, Phys. Rev. Lett.
106
, 057206
(2011
). 23.
J. T.
Heron
, J. L.
Bosse
, Q.
He
, Y.
Gao
, M.
Trassin
, L.
Ye
, J. D.
Clarkson
, C.
Wang
, J.
Liu
, S.
Salahuddin
, D. C.
Ralph
, D. G.
Schlom
, J.
Íñiguez
, B. D.
Huey
, and R.
Ramesh
, Nature
516
, 370
(2014
). 24.
K.
Fujita
and Y.
Gohda
, Phys. Rev. Appl.
11
, 024006
(2019
). 25.
A.
Swain
, K.
Komatsu
, M.
Itoh
, T.
Taniyama
, and V.
Gorige
, AIP Adv.
8
, 055808
(2018
). 26.
W.
Eerenstein
, M.
Wiora
, J. L.
Prieto
, J. F.
Scott
, and N. D.
Mathur
, Nature Mater.
6
, 348351
(2007
). 27.
T. H. E.
Lahtinen
, K. J. A.
Franke
, and S.
van Dijken
, Sci. Rep.
2
, 258
(2012
). 28.
J. M.
Rondinelli
, M.
Stengel
, and N. A.
Spaldin
, Nat. Nanotech.
3
, 46
(2008
). 29.
M. K.
Niranjan
, J. D.
Burton
, J. P.
Velev
, S. S.
Jaswal
, and E. Y.
Tsymbal
, Appl. Phys. Lett.
95
, 052501
(2009
). 30.
T.
Maruyama
, Y.
Shiota
, and T.
Nozaki
, Nat. Nanotech.
4
, 158
(2009
). 31.
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
). 32.
Q. L.
Fang
, J. M.
Zhang
, K. W.
Xu
, and V.
Ji
, Thin Solid Films
540
, 92
(2013
). 33.
C.-G.
Duan
, S. S.
Jaswal
, and E. Y.
Tsymbal
, Phys. Rev. Lett.
97
, 047201
(2006
). 34.
J.
Chen
, C.
Lin
, Y.
Yang
, L.
Hu
, and W.
Cheng
, Modelling Simul. Mater. Sci. Eng.
22
, 015008
(2014
). 35.
L. Y.
Chen
, C. L.
Chen
, K. X.
Jin
, and X. J.
Du
, Europhys. Lett.
99
, 57008
(2012
). 36.
M. K.
Niranjan
, J. P.
Velev
, C.-G.
Duan
, S. S.
Jaswal
, and E. Y.
Tsymbal
, Phys. Rev. B
78
, 104405
(2008
). 37.
G.
Zhong
, D.
Zou
, S.
Xie
, and J.
Li
, J. Appl. Phys.
125
, 184102
(2019
). 38.
S.
Sahoo
, S.
Polisetty
, C. G.
Duan
, S. S.
Jaswal
, E. Y.
Tsymbal
, and C.
Binek
, Phys. Rev. B
76
, 092108
(2007
). 39.
V.
Garcia
, M.
Bibes
, L.
Bocher
, S.
Valencia
, F.
Kronast
, A.
Crassous
, X.
Moya
, S.
Enouz-Vedrenne
, A.
Gloter
, D.
Imhoff
, C.
Deranlot
, N. D.
Mathur
, S.
Fusil
, K.
Bouzehouane
, and A.
Barthélémy
, Science
327
, 1106
(2010
). 40.
Z.
Zhou
, B. M.
Howe
, M.
Liu
, T.
Nan
, X.
Chen
, K.
Mahalingam
, N. X.
Sun
, and G. J.
Brown
, Sci. Rep.
5
, 7740
(2015
). 41.
T.
Nan
, Z.
Zhou
, M.
Liu
, X.
Yang
, Y.
Gao
, B. A.
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
(2015
). 42.
O.
Vlašin
, R.
Jarrier
, R.
Arras
, L.
Calmels
, B.
Warot-Fonrose
, C.
Marcelot
, M.
Jamet
, P.
Ohressr
, F.
Scheurer
, R.
Hertel
, G.
Herranz
, and S.
Cherifi-Hertel
, ACS Appl. Mater. Interfaces
8
, 7553
(2016
). 43.
J. P.
Perdew
, K.
Burke
, and M.
Ernzerhof
, Phys. Rev. Lett.
77
, 3865
(1996
). 44.
T.
Ozaki
, Phys. Rev. B
67
, 155108
(2003
). 45.
G. H.
Kwei
, A. C.
Lawson
, S. J. L.
Billinge
, and S. W.
Cheong
, J. Phys. Chem.
97
, 2368
(1993
). 46.
W. A.
Hines
, A. H.
Menotti
, J. I.
Budnick
, T. J.
Burch
, T.
Litrenta
, V.
Niculescu
, and K.
Raj
, Phys. Rev. B
13
, 4060
(1976
). © 2019 Author(s).
2019
Author(s)
You do not currently have access to this content.
