BaTiO3/SrTiO3 superlattices are found to have a critical periodicity of 30 SrTiO3 unit cells, below which the room-temperature symmetry is mm2 orthorhombic. The orthorhombic-tetragonal phase-transition temperature is shifted upward from the bulk value (<3 K and normally not observed at finite temperature) of the quantum paraelectric pure strontium titanate to temperatures above ambient (599 K for 30/30-unit-cell superlattices). Antidipole patterns appear in superlattices with unit cells below 10/10. A model is presented that accounts quantitatively for the change in second-harmonic generation intensity with superlattice periodicity from 4 unit cells to 50.

1.
E. D.
Specht
,
H.-M.
Christen
,
D. P.
Norton
, and
L. A.
Boatner
,
Phys. Rev. Lett.
80
,
4317
(
1998
).
2.
Hitoshi
Tabata
,
Hidekazu
Tanaka
, and
Tomoji
Kawai
,
Appl. Phys. Lett.
65
,
1970
(
1994
).
3.
Osamu
Nakagawara
,
Toru
Shimuta
,
Takahiro
Makino
, and
Seiichi
Arai
,
Appl. Phys. Lett.
77
,
3257
(
2000
).
4.
M. H.
Corbett
,
R. M.
Bowman
, and
J. M.
Gregg
,
Appl. Phys. Lett.
79
,
815
(
2001
).
5.
D.
O’Neill
,
R. M.
Bowman
, and
J. M.
Gregg
,
Appl. Phys. Lett.
77
,
1520
(
2001
).
6.
M.
Sepliarsky
,
S. R.
Phyillpot
,
D.
Wolf
,
M. G.
Stachiotti
, and
R. L.
Migoni
,
Phys. Rev. B
64
,
R60101
(
2001
);
B. D.
Qu
,
W. L.
Zhong
, and
R. H.
Prince
,
Phys. Rev. B
55
,
11
218
(
1997
).
7.
E. D.
Mishina
,
T. V.
Misuryaer
,
N. E.
Sherstyuk
,
V. V.
Lemanov
,
A. I.
Morozor
,
A. S.
Sigov
, and
Th.
Rasing
,
Phys. Rev. Lett.
85
,
3664
(
2000
).
8.
P. A.
Fleury
,
J. F.
Scott
, and
J. M.
Worlock
,
Phys. Rev. Lett.
21
,
16
(
1968
);
A. A.
Sirenko
,
C.
Bernhard
,
A.
Golinik
,
Anna M.
Clark
,
Jiahua
Hao
,
Weidong
Si
, and
X. X.
Xi
,
Nature (London)
104
,
373
(
2000
);
A. A.
Sirenko
,
I. A.
Akimov
,
J. R.
Fox
,
A. M.
Clark
,
Hong-Cheng
Li
,
Weidong
Si
, and
X. X.
Xi
,
Phys. Rev. Lett.
31
,
4500
(
1999
).
9.
F.
Le Marrec
,
R.
Farhi
,
M.
El Marssi
,
J. L.
Dellis
, and
M. G.
Karkut
,
Phys. Rev. B
61
,
R6447
(
2000
).
10.
N. A.
Pertsev
,
A. K.
Tagantsev
, and
N.
Setter
,
Phys. Rev. B
61
,
R825
(
2000
).
11.
A. M.
Brakovsky
and
A. P.
Levanyuk
,
Phys. Rev. B
64
,
134
107
(
2001
).
12.
A. Q.
Jiang
,
Weijia
Wen
,
G. L.
Wong
,
Z. H.
Chen
, and
Y. L.
Zhou
,
J. Appl. Phys.
91
,
7132
(
2002
);
B.
Bihari
,
J.
Kumar
,
G. T.
Stauf
,
P. C.
Van Buskirk
, and
C. S.
Hwang
,
J. Appl. Phys.
76
,
1169
(
1994
).
13.
R.
Macdonald
,
F.
Kentischer
,
P.
Warnick
, and
G.
Heppke
,
Phys. Rev. Lett.
81
,
4408
(
1998
).
14.
T.
Zhao
,
Z.-H.
Chen
,
F.
Chen
,
W.-S.
Shi
,
H.-B.
Lu
, and
G.-Z.
Yang
,
Phys. Rev. B
60
,
1697
(
1999
);
T.
Zhao
,
H.
Lu
,
F.
Chen
,
G.
Yang
, and
Z.
Chen
,
J. Appl. Phys.
87
,
7448
(
2000
).
15.
H. A.
Lu
,
L. A.
Wills
,
B. W.
Wessels
,
W. P.
Lin
,
T. J.
Zhang
,
G. K.
Wong
,
D. A.
Neumayer
, and
T. J.
Marks
,
Appl. Phys. Lett.
62
,
1314
(
1993
).
16.
J.
Jerphagnon
and
S. K.
Kurtz
,
J. Appl. Phys.
41
,
1667
(
1970
).
17.
W. N.
Herman
and
L. M.
Hayden
,
J. Opt. Soc. Am. B
12
,
416
(
1995
).
18.
C.
Li
,
Z.
Chen
,
D.
Cui
,
Y.
Zhou
,
H.
Lu
,
C.
Dong
,
F.
Wu
, and
H.
Chen
,
J. Appl. Phys.
86
,
4555
(
1999
).
19.
J.
Sigman
,
D. P.
Norton
,
H. M.
Christen
,
P. H.
Fleming
, and
L. A.
Boatner
,
Phys. Rev. Lett.
88
,
97
601
(
2002
).
20.
R. C.
Miller
,
Phys. Rev.
134
,
A1313
(
1964
);
M.
Vallade
,
Phys. Rev. B
12
,
3755
(
1975
);
A. M.
Glass
,
Phys. Rev.
173
,
564
(
1968
).
21.
J.
Jerphagnon
,
Phys. Rev. B
2
,
1094
(
1970
).
22.
F. Jona and G. Shirane, Ferroelectric Crystals (Macmillan, New York, 1962).
23.
M.
Itoh
,
R.
Wang
,
Y.
Inaguma
,
T.
Yamaguchi
,
Y-J.
Shan
, and
T.
Nakamura
,
Phys. Rev. Lett.
82
,
3540
(
1999
).
24.
A. Ruediger, S. Rios, A. Q. Jiang, and J. F. Scott (unpublished).
This content is only available via PDF.
You do not currently have access to this content.