The insertion of a Co single atomic layer into multiferroic interfaces is examined from first principles taking interfaces between BaTiO3 and Fe3Si 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 Fe3Si/Co/BaTiO3(001) remarkably large with 1.4 as, which makes contrast with the reduction of the interface multiferroicity by Si at the Fe3Si/BaTiO3(001) interface. The stability of the Co monolayer and the origin of the large magnetoelectric effect are clarified.

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.
I. E.
Dzyaloshinskii
,
Sov. Phys. JETP
10
,
628
(
1960
).
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
).
You do not currently have access to this content.