Vytvoření silného feroelektrického feromagnetu pomocí spin-mřížkové interakce

Magnetoelektrická multiferotika jsou materiály, které vykazují současně magnetické i feromagnetické uspořádání. Naneštěstí je v přírodě známu pouze malé množství těchto materiálů, jež navíc mívají nízkou kritickou teplotu a jejich magnetoelektrické interakce jsou slabé. V naší publikaci jsme poprvé experimentálně demonstrovali, že nová "umělá" multiferotika mohou být vyrobena pomocí namáhání tenkých filmů. Dokázali jsme, že původně antiferomagnetický a paraelektrický EuTiO₃ se ve formě namáhaných filmů díky výrazným spin-mřížkovým interakcím mění v silný feromagnet a feroelektrikum. Takovýto systém by měl vykazovat silné magnetoelektrické chování, jež může být využitelné při použití v budoucích paměťových zařízeních. Naši kolegové z USA připravili tenké filmy a popsali jejich krystalickou strukturu a magnetické vlastnosti. Pracovníci z FZÚ objevili přechod do ferroelektrické fáze a bez jejich přispění by článek nemohl být přijat do časopisu Nature.

Předpovězený efekt dvouosého namáhání na EuTiO₃ a náš přístup k vytvoření takového namáhání v EuTiO₃ pomocí epitaxe. (a) Diagram epitaxiální fáze namáhaní filmů od −2% (dvouosá komprese) k +2% (dvouosé pnutí) vypočtený pro 0,1% kroky. Zobrazeny jsou oblasti s paraelektrickým (PE), feroelektrickým (FE), antiferomagnetickým (AFM) a feromagnetickým (FM) chováním. (b), (c) Schémata zobrazující rovinnou expanzi díky dvouosému pnutí u nenamáhaného EuTiO₃ v klasické formě (b) a u epitaxně namáhaného tenkého filmu EuTiO₃ na substrátu DyScO₃ (c).

¹Department of Materials Science and Engineering, Cornell University, Ithaca, New York 14853-1501, USA
²Department of Materials Science and Engineering, Pennsylvania State University, University Park, Pennsylvania 16802-5005, USA
³Department of Physics, Ohio State University, Columbus, Ohio 43210-1117, USA
⁴Department of Physics and Materials Research Institute, Pennsylvania State University, University Park, Pennsylvania 16802, USA
⁵School of Applied and Engineering Physics, Cornell University, Ithaca, New York 14853, USA
⁶Advanced Photon Source, Argonne National Laboratory, Argonne, Illinois 60439, USA
⁷Institute of Bio and Nanosystems, JARA-Fundamentals of Future Information Technologies, Research Centre Jülich, D-52425 Jülich, Germany
⁸Institute of Physics ASCR, Na Slovance 2, 182 21 Prague 8, Czech Republic
⁹Leibniz Institute for Crystal Growth, Max-Born-Straße 2, D-12489 Berlin, Germany
¹⁰Department of Physics and Astronomy, Rutgers University, Piscataway, New Jersey 08854-8019, USA
¹¹Kavli Institute at Cornell for Nanoscale Science, Ithaca, New York 14853, USA