Відновлення інтересу до магнітоелектричного ефекту у нанофероїках
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe63.11.1006Ключові слова:
ferroics, multiferroics, nanoferroics, Landau–Ginzburg–Devonshire theory, magnetoelectric effectАнотація
Авторський огляд присвячено останнiм теоретичним дослiдженням впливу магнiтоелектричного ефекту на фiзичнi властивостi нанорозмiрних фероїкiв i мультифероїкiв. Особливу увагу придiлено застосуванню феномено-логiчної теорiї Ландау–Гiнзбурга–Девоншира для опису виникнення п’єзомагнiтного, п’єзоелектричного i лiнiйного магнiтоелектричного ефектiв поблизу поверхнi фероїкiв, як таких, що викликанi спонтанним пониженням симетрiї, iндукованим поверхнею. Як наслiдок, нанорозмiрнi частинки i тонкi плiвки можуть проявляти вираженi п’єзомагнiтнi, п’єзоелектричнi i магнiтоелектричнi властивостi, вiдсутнi у вiдповiдних об’ємних матерiалiв, з яких вони зробленi. Зокрема можливе виникнення гiгантського магнiтоелектричного ефекту у нанодротах, iндукованого поверхневим натягом. Розглянуто та вiдзначено значний вплив розмiрних ефектiв та зовнiшнiх полiв на коефiцiєнти магнiтоелектричного зв’язку, дiелектричну, магнiтну та магнiтоелектричну сприйнятливiсть у нанофероїках. Особлива увага придiлена розгляду впливу деформацiй невiдповiдностi на магнiтоелектричний зв’язок у тонких плiвках фероїкiв, їх фазовi дiаграми, включаючи виникнення нових фаз, вiдсутнiх в об’ємному матерiалi. В рамках теорiї Ландау–Гiнзбурга–Девоншира розглянуто виникнення лiнiйного магнiтоелектричного та флексо-магнiтоелектричного ефектiв у нанофероїках, iндукованого флексомагнiтним зв’язком. Вiдзначено значний вплив флексо-магнiтоелектричного ефекту на сприйнятливiсть нанофероїкiв. Огляд завершується конкретним прикладом впливу розмiрних ефектiв на полярнi та магнiтоелектричнi властивостi напiвелiпсоїдальних наночастинок ферiту вiсмута.
Посилання
M.D. Glinchuk, A.V. Ragulya, V.A. Stephanovich. Nanoferroics (Springer, 2013). https://doi.org/10.1007/978-94-007-5992-3
J. Tingting, C. Zhenxiang, Z. Hongyang, K. Hideo. Domain switching in single-phase multiferroics. Appl. Phys. Rev. 5, 021102 (2018).
P. Curie. Sur la symetrie dans les ph’enom`enes physiques, sym’etrie d'un champ ´electrique et d'un champ magn’etique. J. Physique 3, 393 (1894).
L.D. Landau, E.M. Lifshitz. Electrodynamics of Continuous Media (Pergamon Press, 1984). I.E. Dzyaloshinskii. To magnetoelectric effect in antiferromagnets. Zh. ` Eksp. Teor. Fiz. 37, 881 (1959) (in Russian).
D.N. Astrov. The magnetoelectric effect in antiferromagnetics. Sov. Phys. JETP 11, 708 (1960).
V.J. Folen, G.T. Rado, E.W. Stalder. Anisotropy of the magnetoelectric effect in Cr2O3. Phys. Rev. Lett. 6, 607 (1961). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.6.607
J. Zhai et al. Detection of pico-Tesla magnetic fields using magneto-electric sensors at room temperature. Appl. Phys. Lett. 88, 062510 (2006). https://doi.org/10.1063/1.2172706
A. Sundaresan, R. Bhargavi, N. Rangarajan, U. Siddesh, C.N.R. Rao. Ferromagnetism as a universal feature of nanoparticles of the otherwise nonmagnetic oxides. Phys. Rev. B 74, 161306(R) (2006).
A.N. Morozovska, M.D. Glinchuk, E.A. Eliseev. Phase transitions induced by confinement of ferroic nanoparticles. Phys. Rev. B 76, 014102 (2007). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.76.014102
E.A. Eliseev, M.D. Glinchuk, A.N. Morozovska. Appearance of ferroelectricity in thin films of incipient ferroelectric. Phys. Status Solidi B 244, 3660 (2007). https://doi.org/10.1002/pssb.200743159
M.D. Glinchuk, E.A. Eliseev, A.N. Morozovska, R. Blinc. Giant magnetoelectric effect induced by intrinsic surface stress in ferroic nanorods. Phys. Rev. B 77, 024106 (2008). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.77.024106
M.D. Glinchuk A.N. Morozovska. The internal electric field originating from the mismatch effect and its influence on ferroelectric thin film properties. J. Phys.: Condens. Matter. 16, 3517 (2004). https://doi.org/10.1088/0953-8984/16/21/002
M.D. Glinchuk, A.N. Morozovska, E.A. Eliseev. Ferroelectric thin films phase diagrams with self-polarized phase and electret state. J. Appl. Phys. 99, 114102 (2006). https://doi.org/10.1063/1.2198940
J.F. Scott. Data storage: Multiferroic memories. Nature Mater. 6, 256 (2007). https://doi.org/10.1038/nmat1868
V.K. Wadhawan. Introduction to Ferroic Materials (Gordon and Breach, 2000). E. Roduner. Nanoscopic Materials. Size-Dependent Phenomena (RSC Publishing, 2006).
B. Ruette, S. Zvyagin, A.P. Pyatakov, A. Bush, J.F. Li, V.I. Belotelov, A.K. Zvezdin, D. Viehland.Magnetic-field-induced phase transition in BiFeO3 observed by higfield electron spin resonance: Cycloidal to homogeneous spin order. Phys. Rev. B 69, 064114 (2004). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.69.064114
E.A. Eliseev, A.N. Morozovska, M.D. Glinchuk, B.Y. Zaulychny, V.V. Skorokhod, R. Blinc. Surface-induced piezomagnetic, piezoelectric, and linear magnetoelectric effects in nanosystems. Phys. Rev. B 82, 085408 (2010). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.82.085408
E.A. Eliseev. Complete symmetry analyses of the surface-induced piezomagnetic, piezoelectric and linear magnetoelectric effects. Ferroelectrics 417, 100 (2011). https://doi.org/10.1080/00150193.2011.578503
M.D. Glinchuk, E.A. Eliseev, V.A. Stephanovich, R. Farhi. Ferroelectric thin film properties – Depolarization field and renormalization of a "bulk" free energy coefficients. J. Appl. Phys. 93, 1150 (2003). https://doi.org/10.1063/1.1529091
M.D. Glinchuk, A.N. Morozovska. Effect of surface tension and depolarization field on ferroelectric nanomaterial properties. Phys. Status Solidi B 238, 81 (2003). https://doi.org/10.1002/pssb.200301755
M.D. Glinchuk, I.V. Kondakova, V.V. Laguta, A.M. Slipenyuk, I.P. Bykov, A.V. Ragulya, V.P. Klimenko. Size effects in radiospectroscopy spectra of ferroelectric nanopowders. Acta Physica Polonica A 108, 47 (2005). https://doi.org/10.12693/APhysPolA.108.47
J.S. Speck, W. Pompe. Domain configurations due to multiple misfit relaxation mechanisms in epitaxial ferroelectric thin films. I. Theory. J. Appl. Phys. 76, 466 (1994). https://doi.org/10.1063/1.357097
L.D. Landau, E.M. Lifshitz. Theory of Elasticity (Butterworth-Heinemann, 1998).
V.I. Marchenko, A.Ya. Parshin. About elastic properties of the surface of crystals. Zh. ` Eksp. Teor. Fiz. 79, 257 (1980) [Sov. Phys. JETP 52, 129 (1980)].
V.A. Shchukin, D. Bimberg. Spontaneous ordering of nanostructures on crystal surfaces. Rev. Mod. Phys. 71, 1125 (1999). https://doi.org/10.1103/RevModPhys.71.1125
S. Dong, J.F. Li, D. Viehland. Giant magneto-electric effect in laminate composites. Phil. Mag. Lett. 83, 769 (2003). https://doi.org/10.1080/09500830310001621605
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, R. Ramesh. Epitaxial BiFeO3 multiferroic thin film heterostructures. Science 299, 1719 (2003). https://doi.org/10.1126/science.1080615
W. Tian, V. Vaithyanathan, D.G. Schlom, Q. Zhan, S.Y. Yang, Y.H. Chu, R. Ramesh. Epitaxial integration of (0001) BiFeO3 with (0001) GaN. Appl. Phys. Lett. 90, 172908 (2007). https://doi.org/10.1063/1.2730580
H. Naganuma, N. Shimura, J. Miura, H. Shima, Sh. Yasui, K. Nishida, T. Katoda, T. Iijima, H. Funakubo, S. Okamura. Enhancement of ferroelectric and magnetic properties in BiFeO3 films by small amount of cobalt addition. J. Appl. Phys. 103, 07E314 (2008).
M.D. Glinchuk, E.A. Eliseev, A.N. Morozovska, R. Blinc. Misfit strain induced magnetoelectric coupling in thin ferroic films. J. Appl. Phys. 105, 084108 (2009). https://doi.org/10.1063/1.3108483
V.V. Eremenko, V.A. Sirenko. Magnetic and Magneto-Elastic Properties of Antiferromagnets and Superconductors (Naukova Dumka, 2004) [in Russian].
M.I. Kaganov, V.M. Tsukernik. Nature of Magnetism (Nauka, 1982) [in Russian].
A.K. Tagantsev. Electric polarization in crystals and response to thermal and elastic perturbations. Phase Trans. 35, 119 (1991). https://doi.org/10.1080/01411599108213201
W. Ma, L.E. Cross. Large flexoelectric polarization in ceramic lead magnesium niobate. Appl. Phys. Lett. 79, 4420 (2001). https://doi.org/10.1063/1.1426690
W. Ma, L.E. Cross. Flexoelectric polarization of barium strontium titanate in the paraelectric state. Appl. Phys. Lett. 81, 3440 (2002). https://doi.org/10.1063/1.1518559
W. Ma, L.E. Cross. Strain-gradient-induced electric polarization in lead zirconate titanate ceramic. Appl. Phys. Lett. 82, 3293 (2003). https://doi.org/10.1063/1.1570517
W. Ma, L.E. Cross. Flexoelectricity of barium titanate. Appl. Phys. Lett. 88, 2902 (2006). https://doi.org/10.1063/1.2211309
W. Ma. Flexoelectricity: Strain gradient effects in ferroelectrics. Phys. Scr. 129, 180 (2007). https://doi.org/10.1088/0031-8949/2007/T129/041
P. Zubko,G.Catalan,A.Buckley,P.R.L.Welche, J.F. Scott. Strain-gradient-induced polarization in SrTiO3 single crystals. Phys. Rev. Lett. 99, 167601 (2007). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.99.167601
G. Catalan, L.J. Sinnamon, J.M. Gregg. The effect of flexoelectricity on the dielectric properties of inhomogeneously strained ferroelectric thin films. J. Phys.: Condens. Matter. 16, 2253 (2004). https://doi.org/10.1088/0953-8984/16/13/006
G. Catalan, B. Noheda, J. McAneney, L.J. Sinnamond, J.M. Gregg. Strain gradients in epitaxial ferroelectrics. Phys. Rev. B 72, 020102 (2005). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.72.020102
N.D. Sharma, C.M. Landis P.J. Sharma. Piezoelectric thin-film superlattices without using piezoelectric materials. Appl. Phys. 108, 024304 (2010). https://doi.org/10.1063/1.3443404
M. Gharbi, Z.H. Sun, P. Sharma, K. White, S. El-Borgi. Flexoelectric properties of ferroelectrics and the nanoindentation size-effect. Int. J. Sol. Struct. 48, 249 (2011). https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2010.09.021
M.S. Majdoub, P. Sharma, T. Cagin. Enhanced size-dependent piezoelectricity and elasticity in nanostructures due to the flexoelectric effect. Phys. Rev. B 77, 125424 (2008). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.77.125424
S.V. Kalinin, V. Meunier. Electronic flexoelectricity in low-dimensional systems. Phys. Rev. B 77, 033403 (2008). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.77.033403
E.A. Eliseev, A.N. Morozovska, M.D. Glinchuk, R. Blinc. Spontaneous flexoelectric/flexomagnetic effect in nanoferroics. Phys. Rev. B 79, 165433 (2009). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.79.165433
P. Lukashev, R.F. Sabirianov. Spin density in frustrated magnets under mechanical stress: Mn-based antiperovskites. J. Appl. Phys. 107 (9E), 115 (2010). https://doi.org/10.1063/1.3365136
P. Lukashev, R.F. Sabirianov. Flexomagnetic effect in frustrated triangular magnetic structures. Phys. Rev. B 82, 4417 (2010). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.82.094417
G. Rupprecht, R.O. Bell. Dielectric constant in paraelectric perovskites. Phys. Rev. 135, 748 (1964). https://doi.org/10.1103/PhysRev.135.A748
Modern Crystallography: Vol. IV. Physical Properties of Crystals. Edited by L.A. Shuvalov (Springer, 1988).
D.B. Litvin. Magnetic physical-property tensors. Acta Cryst. A 50, 406 (1994). https://doi.org/10.1107/S0108767393011432
J.-P. Rivera. A short review of the magnetoelectric effect and related experimental techniques on single phase (multi-) ferroics. Eur. Phys. J. B. 71, 299 (2009). https://doi.org/10.1140/epjb/e2009-00336-7
M.E. Lines, A.M. Glass. Principles and Applications of Ferroelectrics and Related Phenomena (Clarendon Press, 1977).
M.I. Kaganov, A.N. Omelyanchouk. Contribution to the phenomenological theory of a phase transition in a thin ferromagnetic plate. Zh. ` Eksp. Teor. Fiz. 34, 895 (1972).
I. Rychetsky. Deformation of crystal surfaces in ferroelastic materials caused by antiphase domain boundaries. J. Phys.: Condens. Matter. 9, 4583 (1997). https://doi.org/10.1088/0953-8984/9/22/010
S.P. Alpay, I.B. Misirlioglu, A. Sharma, Z.-G. Ban. Structural characteristics of ferroelectric phase transformations in single-domain epitaxial films. J. Appl. Phys. 95, 8118 (2004). https://doi.org/10.1063/1.1751630
Z.-G. Ban, S.P. Alpay, J.V. Mantese. Fundamentals of graded ferroic materials and devices. Phys. Rev. B 67, 4104 (2003). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.67.184104
G. Akcay, S.P. Alpay, G.A. Rossetti, J.F. Scott. Influence of mechanical boundary conditions on the electrocaloric properties of ferroelectric thin films. J. Appl. Phys. 103, 4104 (2008). https://doi.org/10.1063/1.2831222
Q.Y. Qiu, V. Nagarajan, S.P. Alpay. Film thickness versus misfit strain phase diagrams for epitaxial PbTiO3 ultra-thin ferroelectric films. Phys. Rev. B 78, 064117 (2008). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.78.064117
E.A. Eliseev, M.D. Glinchuk, V. Khist, V.V. Skorokhod, R. Blinc, A.N. Morozovska. Linear magnetoelectric coupling and ferroelectricity induced by the flexomagnetic effect in ferroics. Phys. Rev. B 84, 174112 (2011). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.84.174112
R. Perzynski, Y. Raikher. Surface effects in magnetic nanoparticles. In: Effect of Surface Anisotropy on the Magnetic Resonance Properties of Nanosize Ferroparticles (Springer, 2005), p. 141.
C.-L. Jia, V. Nagarajan, J.-Q. He, L. Houben, T. Zhao, R. Ramesh, K. Urban, R. Waser. Unit-cell scale mapping of ferroelectricity and tetragonality in epitaxial ultrathin ferroelectric films. Nature Mater. 6, 64 (2007). https://doi.org/10.1038/nmat1808
T. Moriya. Piezomagnetism in CoF2. J. Phys. Chem. Solids 11, 73 (1959). https://doi.org/10.1016/0022-3697(59)90043-5
G.A. Smolenskii, I.E. Chupis. Ferroelectromagnets. Sov. Phys. Usp. 25, 475 (1982). https://doi.org/10.1070/PU1982v025n07ABEH004570
M. Fiebig. Revival of the magnetoelectric effect. J. Phys. D 38, 123 (2005). https://doi.org/10.1088/0022-3727/38/8/R01
N.A. Spaldin, M. Fiebig. Materials science. The renaissance of magnetoelectric multiferroics. Science 309, 391 (2005). https://doi.org/10.1126/science.1113357
J.M. Rondinelli, N.A. Spaldin. Structure and properties of functional oxide thin films: Insights from electronic-structure calculations. Adv. Mater. 23, 3363 (2011). https://doi.org/10.1002/adma.201101152
A.P. Pyatakov, A.K. Zvezdin. Magnetoelectric and multiferroic media. Physics-Uspekhi 55, 557 (2012). https://doi.org/10.3367/UFNe.0182.201206b.0593
R. Ramesh, A.N. Spaldin. Multiferroics: progress and prospects in thin films. Nature Mater. 6, 21 (2007). https://doi.org/10.1038/nmat1805
P.J. Ryan, J.-W. Kim, T. Birol, P. Thompson, J.-H. Lee, X. Ke, P.S. Normile, E. Karapetrova, P. Schiffer, S.D. Brown, C.J. Fennie, D.G. Schlom. Reversible control of magnetic interactions by electric field in a single-phase material. Nat. Commun. 4, 1334 (2013). https://doi.org/10.1038/ncomms2329
M.J. Haun, E. Furman, T.R. Halemane, L.E. Cross. Thermodynamic theory of the lead zirconate-titanate solid solution system. Part IV: Tilting of the oxygen octahedral. Ferroelectrics 99, 55 (1989). https://doi.org/10.1080/00150198908221439
E.V. Balashova, A.K. Tagantsev. Polarization response of crystals with structural and ferroelectric instabilities. Phys. Rev. B 48, 9979 (1993). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.48.9979
A.K. Tagantsev, E. Courtens, L. Arzel. Prediction of a low-temperature ferroelectric instability in antiphase domain boundaries of strontium titanate. Phys. Rev. B 64, 224107 (2001). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.64.224107
S.L. Hou, N. Bloembergen. Paramagnetoelectric effects in NiSO4·6 H2O. Phys. Rev. 138, 1218 (1965). https://doi.org/10.1103/PhysRev.138.A1218
V.V. Shvartsman, S. Bedanta, P. Borisov, W. Kleemann. (Sr,Mn)TiO3: A magnetoelectric multiglass. Phys. Rev. Lett. 101, 165704 (2008). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.101.165704
B. Howes, M. Pelizzone, P. Fischer, C. Tabaresmunoz, J-P. Rivera, H. Schmid. Characterisation of some magnetic and magnetoelectric properties of ferroelectric Pb(Fe1/2Nb1/2)O3. Ferroelectrics 54, 317 (1984). https://doi.org/10.1080/00150198408215879
T. Watanabe, K. Kohn. Magnetoelectric effect and low temperature transition of PbFe0.5Nb0.5O3 single crystal. Phase Trans. 15, 57 (1989). https://doi.org/10.1080/01411598908206837
W. Kleemann, V.V. Shvartsman, P. Borisov, A. Kania. Coexistence of antiferromagnetic and spin cluster glass order in the magnetoelectric relaxor multiferroic PbFe0.5Nb0.5O3. Phys. Rev. Lett. 105, 257202 (2010). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.105.257202
V.V. Laguta, A.N. Morozovska, E.A. Eliseev, I.P. Raevski, S.I. Raevskaya, E.I. Sitalo, S.A. Prosandeev L. Bellaiche. Room-temperature paramagnetoelectric effect in magnetoelectric multiferroics Pb(Fe1/2Nb1/2)O3 and its solid solution with PbTiO3. J. Mater. Sci. 51, 5330 (2016). https://doi.org/10.1007/s10853-016-9836-4
J. Seidel, L.W. Martin, Q. He, Q. Zhan, Y.-H. Chu, A. Rother, M.E. Hawkridge, P. Maksymovych, P. Yu, M. Gajek, N. Balke, S.V. Kalinin, S. Gemming, F. Wang, G. Catalan, J.F. Scott, N.A. Spaldin, J. Orenstein, R. Ramesh. Conduction at domain walls in oxide multiferroics. Nature Mater. 8, 229 (2009). https://doi.org/10.1038/nmat2373
J. Seidel,P.Maksymovych,Y.Batra,A.Katan, S.-Y.Yang, Q. He, A.P. Baddorf, S.V. Kalinin, C.-H. Yang, J.-C. Yang, Y.-H. Chu, E.K.H. Salje, H. Wormeester, M. Salmeron, R. Ramesh, W. Domain. Conductivity in La-doped BiFeO3. Phys. Rev. Lett. 105, 197603 (2010). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.105.197603
Q. He, C.-H. Yeh, J.-C. Yang, G. Singh-Bhalla, C.-W. Liang, P.-W. Chiu G., Catalan, L.W. Martin, Y.-H. Chu, J.F. Scott, R. Ramesh. Magnetotransport at domain walls in BiFeO3, Phys. Rev. Lett. 108, 067203 (2012). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.108.067203
G. Catalan, J. Seidel, R. Ramesh, J.F. Scott. Domain wall nanoelectronics. Rev. Mod. Phys. 84, 119 (2012). https://doi.org/10.1103/RevModPhys.84.119
R.K. Vasudevan, A.N. Morozovska, E.A. Eliseev, J. Britson, J.-C. Yang, Y.-H. Chu, P. Maksymovych, L.Q. Chen, V. Nagarajan, S.V. Kalinin. Domain wall geometry controls conduction in ferroelectrics. Nano Lett. 12, 5524 (2012). https://doi.org/10.1021/nl302382k
A.N. Morozovska, K. Rama, P.M. Vasudevan, S.V. Kalinin, E.A. Eliseev. Anisotropic conductivity of uncharged domain walls in BiFeO3. Phys. Rev. B 86, 085315 (2012). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.86.085315
P. Fischer, M. Polomska, I. Sosnowska, M. Szymanski. Temperature dependence of the crystal and magnetic structures of BiFeO3. J. Phys. C 13, 1931 (1980).
G. Catalan, J.F. Scott. Physics and applications of bismuth ferrite. Adv. Mater. 21, 1 (2009). https://doi.org/10.1002/adma.200802849
Y.-H. Chu, Z. Qian, L.W. Martin, M.P. Cruz, P.-L. Yang, G.W. Pabst, F. Zavaliche, S.-Y. Yang, J.-X. Zhang, L.-Q. Chen, D.G. Schlom, I.-N. Lin, T.-B. Wu, R. Ramamoorthy. Nanoscale domain control in multiferroic BiFeO3 thin films. Adv. Mater. 18, 2307 (2006). https://doi.org/10.1002/adma.200601098
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-Rodr’ıguez, A. Scholl, S.X. Wang, R. Ramesh. Electric-field control of local ferromagnetism using a magnetoelectric multiferroic. Nature Mater. 7, 478 (2008). https://doi.org/10.1038/nmat2184
P. Maksymovych, M. Huijben, M. Pan, S. Jesse, N. Balke, Y.-H. Chu, H.J. Chang, A.Y. Borisevich, A.P. Baddorf, G. Rijnders, D.H.A. Blank, R. Ramesh, S.V. Kalinin. Ultrathin limit and dead-layer effects in local polarization switching of BiFeO3. Phys. Rev. B 85, 014119 (2012). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.85.014119
C. Beekman, W. Siemons, M. Chi, N. Balke, J.Y. Howe, T.Z. Ward, P. Maksymovych, J.D. Budai, J.Z. Tischler, R. Xu, W. Liu, H.M. Christen. Ferroelectric self-poling, switching, and monoclinic domain configuration in BiFeO3 thin films. Adv. Funct. Mater. 26, 5166 (2016). https://doi.org/10.1002/adfm.201600468
A.Y. Borisevich, O.S. Ovchinnikov, C.H. Jung, M.P. Oxley, Y. Pu, S. Jan, E.A. Eliseev, A.N. Morozovska, R. Ramesh, S.J. Pennycook, S.V. Kalinin. Beyond condensed matter physics on the nanoscale: The role of ionic and electrochemical phenomena in the physical functionalities of oxide materials. ACS Nano 4, 6071 (2010). https://doi.org/10.1021/nn1011539
N. Balke, B. Winchester, W. Ren, Y.H. Chu, A.N. Morozovska, E.A. Eliseev, M. Huijben, K.R. Vasudevan, P. Maksymovych, J. Britson, S. Jesse, I. Kornev, R. Ramesh, L. Bellaiche, L.Q. Chen, S.V. Kalinin. Enhanced electric conductivity at ferroelectric vortex cores in BiFeO3. Nature Phys. 8, 81 (2012).
Y.-M. Kim, A. Kumar, A. Hatt, A.N. Morozovska, A. Tselev, M.D. Biegalski, I. Ivanov, E.A. Eliseev, S.J. Pennycook, J.M. Rondinelli, S.V. Kalinin, A.Y. Borisevich. Interplay of octahedral tilts and polar order in BiFeO3 films. Adv. Mater. 25, 2497 (2013). https://doi.org/10.1002/adma.201204584
R.K. Vasudevan, W. Wu, J.R. Guest, A.P. Baddorf, A.N. Morozovska, E.A. Eliseev, N. Balke, V. Nagarajan, P. Maksymovych. Domain wall conduction and polarization-mediated transport in ferroelectrics. Adv. Funct. Mater. 23, 2592 (2013). https://doi.org/10.1002/adfm.201300085
Y.-M. Kim, A. Morozovska, E. Eliseev, M. Oxley, R. Mishra, T. Grande, S. Selbach, S. Pantelides, S. Kalinin, A. Borisevich. Direct observation of ferroelectric field effect and vacancy-controlled screening at the BiFeO3/LaxSr1−xMnO3 interface. Nature Mater. 13, 1019 (2014). https://doi.org/10.1038/nmat4058
B. Winchester, N. Balke, X.X. Cheng, A.N. Morozovska, S. Kalinin, L.Q. Chen. Electroelastic fields in artificially created vortex cores in epitaxial BiFeO3 thin films. Appl. Phys. Lett. 107, 052903 (2015). https://doi.org/10.1063/1.4927750
J.F. Scott. Iso-structural phase transitions in BiFeO3. Adv. Mater. 22, 2106 (2010). https://doi.org/10.1002/adma.200904229
S. Layek, H.C. Verma. Magnetic and dielectric properties of multiferroic BiFeO3 nanoparticles synthesized by a novel citrate combustion method. Adv. Mat. Lett. 3, 533 (2012). https://doi.org/10.5185/amlett.2012.icnano.242
Fengzhen Huang, Zhijun Wang, Xiaomei Lu, Junting Zhang, Kangli Min, Weiwei Lin, Ruixia Ti, TingTing Xu, Ju He, Chen Yue, Jinsong Zhu. Peculiar magnetism of BiFeO3 nanoparticles with size approaching the period of the spiral spin structure. Sci. Rep. 3, 2907 (2013). https://doi.org/10.1038/srep02907
D. Yadlovker, S. Berger. Uniform orientation and size of ferroelectric domains. Phys. Rev. B 71, 184112 (2005). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.71.184112
D. Yadlovker, S. Berger. Reversible electric field induced nonferroelectric to ferroelectric phase transition in single crystal nanorods of potassium nitrate. Appl. Phys. Lett. 91, 173104 (2007). https://doi.org/10.1063/1.2801522
D. Yadlovker, S. Berger. Nucleation and growth of single crystals with uniform crystallographic orientation inside alumina nanopores. J. Appl. Phys. 101, 034304 (2007). https://doi.org/10.1063/1.2433999
M.H. Frey, D.A. Payne. Grain-size effect on structure and phase transformations for barium titanate. Phys. Rev. B 54, 3158 (1996). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.54.3158
Z. Zhao, V. Buscaglia, M. Viviani, M.T. Buscaglia, L. Mitoseriu, A. Testino, M. Nygren, M. Johnsson, P. Nanni. Grain-size effects on the ferroelectric behavior of dense nanocrystalline BaTiO3 ceramics. Phys. Rev. B 70, 024107 (2004). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.70.024107
E. Erdem, H.-Ch. Semmelhack, R. Bottcher, H. Rumpf, J. Banys, A. Matthes, H.-J. Glasel, D. Hirsch, E. Hartmann. Study of the tetragonal-to-cubic phase transition in PbTiO3 nanopowders. J. Phys.: Condens. Matter 18, 3861 (2006). https://doi.org/10.1088/0953-8984/18/15/028
I.S. Golovina, S.P. Kolesnik, V. Bryksa, V.V. Strelchuk, I.B. Yanchuk, I.N. Geifman, S.A. Khainakov, S.V. Svechnikov, A.N. Morozovska. Defect driven ferroelectricity and magnetism in nanocrystalline KTaO3. Physica B. 407, 614 (2012). https://doi.org/10.1016/j.physb.2011.11.044
I.S. Golovina, V.P. Bryksa, V.V. Strelchuk, I.N. Geifman, A.A. Andriiko. Size effects in the temperatures of phase transitions in KNbO3 nanopowder. J. Appl. Phys. 113, 144103 (2013). https://doi.org/10.1063/1.4801794
I.S. Golovina, V.P. Bryksa, V.V. Strelchuk, I.N. Geifman. Phase transitions in the nanopowders KTa0.5Nb0.5O3 studied by Raman spectroscopy. Funct. Mater. 20, 75 (2013). https://doi.org/10.15407/fm20.01.075
I.S. Golovina, V.P. Bryksa, V.V. Strelchuk, I.N. Geifman, A.A. Andriiko. Magnetic properties of nanocrystalline KNbO3. J. Appl. Phys. 114, 174106 (2013). https://doi.org/10.1063/1.4829702
T. Yu, Z.X. Shen, W.S. Toh, J.M. Xue, J. Wang. Size effect on the ferroelectric phase transition in SrBi2Ta2O9 nanoparticles. J. Appl. Phys. 94, 618 (2003). https://doi.org/10.1063/1.1583146
H. Ke, D.C. Jia, W. Wang, Y. Zhou. Ferroelectric phase transition investigated by thermal analysis and Raman scattering in SrBi2Ta2O9 nanoparticles. Solid State Phenom. 121–123, 843 (2007). https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.121-123.843
P. Perriat, J.C. Niepce, G. Caboche. Thermodynamic considerations of the grain size dependency of material properties: a new approach to explain the variation of the dielectric permittivity of BaTiO3 with grain size. J. Therm. Anal. Calorim. 41, 635 (1994). https://doi.org/10.1007/BF02549339
H. Huang, C.Q. Sun, P. Hing. Surface bond contraction and its effect on the nanometric sized lead zirconate titanate. J. Phys.: Condens. Matter 12, 127 (2000). https://doi.org/10.1088/0953-8984/12/6/111
H. Huang, C.Q. Sun, Z. Tianshu, P. Hing. Grain-size effect on ferroelectric Pb(Zr1−xTix)O3 solid solutions induced by surface bond contraction. Phys. Rev. B 63, 184112 (2001). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.63.184112
M. Wenhui. Surface tension and Curie temperature in ferroelectric nanowires and nanodots. Appl. Phys. A 96, 915 (2009). https://doi.org/10.1007/s00339-009-5246-7
A.N. Morozovska, E.A. Eliseev, M.D. Glinchuk. Ferroelectricity enhancement in confined nanorods: Direct variational method. Phys. Rev. B 73, 214106 (2006). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.73.214106
A.N. Morozovska, I.S. Golovina, S.V. Lemishko, A.A. Andriiko, S.A. Khainakov, E.A. Eliseev. Effect of Vegard strains on the extrinsic size effects in ferroelectric nanoparticles. Phys. Rev. B 90, 214103 (2014). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.90.214103
A.N. Morozovska, M.D. Glinchuk. Reentrant phase in nanoferroics induced by the flexoelectric and Vegard effects. J. Appl. Phys. 119, 094109 (2016). https://doi.org/10.1063/1.4942859
E.A. Eliseev, A.V. Semchenko, Y.M. Fomichov, M.D. Glinchuk, V.V. Sidsky, V.V. Kolos, Yu.M. Pleskachevsky, M.V. Silibin, N.V. Morozovsky, A.N. Morozovska. Surface and finite size effects impact on the phase diagrams, polar and dielectric properties of (Sr,Bi)Ta2O9 ferroelectric nanoparticles. J. Appl. Phys. 119, 204104 (2016). https://doi.org/10.1063/1.4952707
P. Perriat, J.C. Niepce, G. Caboche. Thermodynamic considerations of the grain size dependency of material properties: A new approach to explain the variation of the dielectric permittivity of BaTiO3 with grain size. J. Therm. Anal. Calorim. 41, 635 (1994). https://doi.org/10.1007/BF02549339
H. Huang, C.Q. Sun, P. Hing. Surface bond contraction and its effect on the nanometric sized lead zirconate titanate. J. Phys.: Condens. Matter 12, 127 (2000). https://doi.org/10.1088/0953-8984/12/6/111
H. Huang, C.Q. Sun, Z. Tianshu, P. Hing. Grain-size effect on ferroelectric Pb(Zr1−xTix)O3 solid solutions induced by surface bond contraction. Phys. Rev. B 63, 184112 (2001). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.63.184112
V.V. Khist, E.A. Eliseev, M.D. Glinchuk, M.V. Silibin, D.V. Karpinsky, A.N. Morozovska. Size effects of ferroelectric and magnetoelectric properties of semi-ellipsoidal bismuth ferrite nanoparticles. J. Alloys Comp. 714, 303 (2017). https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.04.201
A.K. Tagantsev, G. Gerra. Interface-induced phenomena in polarization response of ferroelectric thin films. J. Appl. Phys. 100, 051607 (2006). https://doi.org/10.1063/1.2337009
M. Fiebig. Revival of the magnetoelectric effect. J. Phys. D 38, 123 (2005). https://doi.org/10.1088/0022-3727/38/8/R01
D. Rahmedov, S. Prosandeev, J. ´ I˜niguez, L. Bellaiche. Magnetoelectric signature in the magnetic properties of antiferromagnetic multiferroics: Atomistic simulations and phenomenology. Phys. Rev. B 88, 224405 (2013). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.88.224405
M.D. Glinchuk, E.A. Eliseev, Y. Gu, L.-G. Chen, V. Gopalan, A.N. Morozovska. Electric-field induced ferromagnetic phase in paraelectric antiferromagnets. Phys. Rev. B 89, 101412 (2014). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.89.014112
M.D. Glinchuk, E.A. Eliseev, A.N. Morozovska. New room temperature multiferroics on the base of single-phase nanostructured perovskites. J. Appl. Phys. 116, 054101 (2014). https://doi.org/10.1063/1.4891459
V.V. Laguta, A.N. Morozovska, E.A. Eliseev, I.P. Raevski, S.I. Raevskaya, E.I. Sitalo, S.A. Prosandeev, L. Bellaiche. Room-temperature paramagnetoelectric effect in magnetoelectric multiferroics Pb(Fe1/2Nb1/2)O3 and its solid solution with PbTiO3. J. Mater. Sci. 51, 5330 (2016). https://doi.org/10.1007/s10853-016-9836-4
S. Prosandeev, I.A. Kornev, L. Bellaiche. Magnetoelectricity in BiFeO3 films: First-principles based computations and phenomenology. Phys. Rev. B 83, 020102 (2011). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.83.020102
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
