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ACS applied materials & interfaces v.9 no.2, 2017년, pp.1899 - 1906   SCI SCIE
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Interfacial Multiferroics of TiO2/PbTiO3 Heterostructure Driven by Ferroelectric Polarization Discontinuity

Wang, Fang (Research Laboratory for Quantum Materials, Singapore University of Technology and Design, Singapore 487372, ) ; Ren, Zhaohui (Department of NanoEngineering, University of California, San Diego, 9500 Gilman Drive, Mail Code 0448, La Jolla, California 92093-0448, ) ; Tian, He ; Yang, Shengyuan A. ; Xie, Yanwu ; Lu, Yunhao ; Jiang, Jianzhong ; Han, Gaorong ; Yang, Kesong ;
  • 초록  

    Novel phenomena appear when two different oxide materials are combined together to form an interface. For example, at the interface of LaAlO 3 /SrTiO 3 , two-dimensional conductive states form to avoid the polar discontinuity, and magnetic properties are found at such an interface. In this work, we propose a new type of interface between two nonmagnetic and nonpolar oxides that could host a magnetic state, where it is the ferroelectric polarization discontinuity instead of the polar discontinuity that leads to the charge transfer, forming the interfacial magnetic state. As a concrete example, we investigate by first-principles calculations the heterostructures made of ferroelectric perovskite oxide PbTiO 3 and nonferroelectric polarized oxide TiO 2 . We show that charge is transferred to the interfacial layer forming an interfacial ferromagnetic ordering that may persist up to room temperature. Especially, the strong coupling between bulk ferroelectric polarization and interface ferromagnetism represents a new type of magnetoelectric effect, which provides an ideal platform for exploring the intriguing interfacial multiferroics. The findings here are important not only for fundamental science but also for promising applications in nanoscale electronics and spintronics. Graphic Abstract ACS Electronic Supporting Info


  • 주제어

    first-principles .   ferroelectric polarization discontinuity .   perovskite oxide heterostructures .   spin polarization .   interfacial multiferroics.  

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