Ferroelectricity from iron valence ordering in rare earth ferrites?

Physica Status Solidi - Rapid Research Letters

Volumn 7, Issue 6, 2013, Pages 383-400

  Angst, Manuel ^a,b  

^a FORSCHUNGSZENTRUM JÜLICH   (Germany)

^b RWTH AACHEN UNIVERSITY   (Germany)

Author keywords

Charge order; Ferroelectrics; LuFe2O4; Multiferroics; Rare earth ferrites; Spin charge coupling

Indexed keywords

CHARGE ORDERS; LUFE2O4; MULTIFERROICS; RARE EARTH FERRITE; SPIN-CHARGE COUPLINGS;

FERRITES; FERROELECTRIC MATERIALS; FERROELECTRICITY; IRON COMPOUNDS;

RARE EARTHS;

EID: 84879031005     PISSN: 18626254     EISSN: 18626270     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/pssr.201307103     Document Type: Article

References (128)

1. M. Fiebig and N. A. Spaldin, Eur. Phys. J. B 71, 293 (2009).
2. M. Bibes and A. Barthelemy, Nature Mater. 7, 425 (2008).
3. N. A. Hill, J. Phys. Chem. B 104, 6694 (2000).
4. K. F. Wang, J. M. Liu, and Z. F. Ren, Adv. Phys. 58, 321 (2009).
5. J. Van Den Brink and D. I. Khomskii, J. Phys.: Condens. Matter 20, 434217 (2008).
6. Y. Sun, L. Yan, and J. Cong, Sci. China Phys., Mech. and Astron. 56, 222 (2013).
7. X. S. Xu, J. de Groot, Q. C. Sun, B. C. Sales, D. Mandrus, M. Angst, A. P. Litvinchuk, and J. L. Musfeldt, Phys. Rev. B 82, 014304 (2010).
8. K. Kato, I. Kawada, N. Kimizuka, and T. Katsura, Z. Kristallogr. 141, 314 (1975).
9. M. Isobe, N. Kimizuka, J. Iida, and S. Takekawa, Acta Cryst. C 46, 1917 (1990).
10. T. Matsumoto, N. Mori, J. Iida, M. Tanaka, K. Siratori, F. Izumi, and H. Asano, Physica B 180, 603 (1992).
11. K. Oka, M. Azuma, N. Hayashi, S. Muranaka, Y. Narumi, K. Kindo, S. Ayukawa, M. Kato, Y. Koike, Y. Shima-kawa, and M. Takano, J. Phys. Soc. Jpn. 77, 064803 (2008).
12. K. Yoshii, N. Ikeda, and A. Nakamura, Physica B 378-380, 585 (2006).
13. K. Yoshii, Y. Yoneda, D. Maeda, Y. Yokota, T. Michiuchi, T. Komatsu, N. Ikeda, Y. Matsuo, and S. Mori, Jpn. J. Appl. Phys. 47, 7599 (2008).
14. K. Yoshii, N. Ikeda, Y. Okajima, Y. Yoneda, Y. Matsuo, Y. Horibe, and S. Mori, Inorg. Chem. 47, 6493 (2008).
15. Y. Yamada, K. Kitsuda, S. Nohdo, and N. Ikeda, Phys. Rev. B 62, 12167 (2000).
16. A. B. Harris and T. Yildirim, Phys. Rev. B 81, 134417 (2010).
17. N. Ikeda, H. Ohsumi, K. Ohwada, K. Ishii, T. Inami, K. Kakurai, Y. Murakami, K. Yoshii, S. Mori, Y. Horibe, and H. Kito, Nature 436, 1136 (2005).
18. J. de Groot, T. Mueller, R. A. Rosenberg, D. J. Keavney, Z. Islam, J. W. Kim, and M. Angst, Phys. Rev. Lett. 108, 187601 (2012).
19. D. Niermann, F. Waschkowski, J. de Groot, M. Angst, and J. Hemberger, Phys. Rev. Lett. 109, 016405 (2012).
20. A. Ruff, S. Krohns, F. Schrettle, V. Tsurkan, P. Lunkenheimer, and A. Loidl, Eur. Phys. J. B 85, 290 (2012).
21. N. Kimizuka and T. Katsura, J. Solid State Chem. 13, 176 (1975).
22. J. Iida, Y. Nakagawa, and N. Kimizuka, J. Phys. Soc. Jpn. 55, 1434 (1986).
23. J. Iida, Y. Nakagawa, S. Takekawa, and N. Kimizuka, J. Phys. Soc. Jpn. 56, 3746 (1987).
24. T. Sugihara, K. Siratori, I. Shindo, and T. Katsura, J. Phys. Soc. Jpn. 45, 1191 (1978).
25. M. Tanaka, K. Siratori, and N. Kimizuka, J. Phys. Soc. Jpn. 53, 760 (1984).
26. R. Moessner and A. P. Ramirez, Phys. Today 59(2), 24 (2006).
27. M. Inazumi, Y. Nakagawa, M. Tanaka, N. Kimizuka, and K. Siratori, J. Phys. Soc. Jpn. 50, 438 (1981).
28. M. H. Phan, N. A. Frey, H. Srikanth, M. Angst, B. C. Sales, and D. Mandrus, J. Appl. Phys. 105, 07E308 (2009).
29. J. de Groot, K. Marty, M. D. Lumsden, A. D. Christianson, S. E. Nagler, S. Adiga, W. J. H. Borghols, K. Schmalzl, Z. Yamani, S. R. Bland, R. de Souza, U. Staub, W. Schweika, Y. Su, and M. Angst, Phys. Rev. Lett. 108, 037206 (2012).
30. S. Funahashi, J. Akimitsu, K. Siratori, N. Kimizuka, M. Tanaka, and H. Fujishita, J. Phys. Soc. Jpn. 53, 2688 (1984).
31. T. Mueller, Diploma Thesis, RWTH Aachen University (2012).
32. J. Iida, M. Tanaka, H. Kito, and J. Akimitsu, J. Phys. Soc. Jpn. 59, 4190 (1990).
33. F. Wang, J. Kim, G. D. Gu, Y. Lee, S. Bae, and Y. J. Kim, J. Appl. Phys. 113, 063909 (2013).
34. T. Michiuchi, Y. Yokota, T. Komatsu, H. Hayakawa, T. Kuroda, D. Maeda, Y. Matsuo, S. Mori, K. Yoshii, N. Hanasaki, T. Kambe, and N. Ikeda, Ferroelectrics 378, 175 (2009).
35. K. Yoshii, N. Ikeda, Y. Matsuo, Y. Horibe, and S. Mori, Phys. Rev. B 76, 024423 (2007).
36. Y. Hou, Y. P. Yao, S. N. Dong, X. Huang, X. Sun, and X. Li, J. Mater. Res. 27, 922 (2012).
37. K. Kato, I. Kawada, N. Kimizuka, I. Shindo, and T. Katsura, Z. Kristallogr. 143, 278 (1976).
38. Y. B. Qin, H. X. Yang, Y. Zhang, H. F. Tian, C. Ma, L. J. Zeng, and J. Q. Li, Appl. Phys. Lett. 95, 072901 (2009).
39. J. Rouquette, J. Haines, A. Al-Zein, P. Papet, F. Damay, J. Bourgeois, T. Hammouda, F. Doré, A. Maignan, M. Hervieu, and C. Martin, Phys. Rev. Lett. 105, 237203 (2010).
40. N. Ikeda, K. Kohn, H. Kito, J. Akimitsu, and K. Siratori, J. Phys. Soc. Jpn. 63, 4556 (1994).
41. M. A. Subramanian, T. He, J. Z. Chen, N. S. Rogado, T. G. Calvarese, and A. W. Sleight, Adv. Mater. 18, 1737 (2006).
42. A. M. Mulders, S. M. Lawrence, U. Staub, M. Garcia-Fernandez, V. Scagnoli, C. Mazzoli, E. Pomjakushina, K. Conder, and Y. Wang, Phys. Rev. Lett. 103, 077602 (2009).
43. Y. Yamada, S. Nohdo, and N. Ikeda, J. Phys. Soc. Jpn. 66, 3733 (1997).
44. M. Angst, R. P. Hermann, A. D. Christianson, M. D. Lumsden, C. Lee, M. H. Whangbo, J. W. Kim, P. J. Ryan, S. E. Nagler, W. Tian, R. Jin, B. C. Sales, and D. Mandrus, Phys. Rev. Lett. 101, 227601 (2008).
45. M. Maglione and M. A. Subramanian, Appl. Phys. Lett. 93, 032902 (2008).
46. J. Y. Park, J. H. Park, Y. K. Jeong, and H. M. Jang, Appl. Phys. Lett. 91, 152903 (2007).
47. D. S. F. Viana, R. A. M. Gotardo, L. F. Cótica, I. A. Santos, M. Olzon-Dionysio, S. D. Souza, D. Garcia, J. A. Eiras, and A. A. Coelho, J. Appl. Phys. 110, 034108 (2011).
48. J. F. Scott, J. Phys.: Condens. Matter 20, 021001 (2008).
49. P. Ren, Z. Yang, W. G. Zhu, C. H. A. Huan, and L. Wang, J. Appl. Phys. 109, 074109 (2011).
50. T. Kambe, Y. Fukada, J. Kano, T. Nagata, H. Okazaki, T. Yokoya, S. Wakimoto, K. Kakurai, and N. Ikeda, Phys. Rev. Lett. 110, 117602 (2013).
51. Y. Chen, J. Dai, K. Au, K. Lam, Y. Qin, and H. Yang, Mater. Lett. 68, 54 (2012).
52. A. D. Christianson, M. D. Lumsden, M. Angst, Z. Yamani, W. Tian, R. Jin, E. A. Payzant, S. E. Nagler, B. C. Sales, and D. Mandrus, Phys. Rev. Lett. 100, 107601 (2008).
53. S. Park, Y. Horibe, Y. J. Choi, C. L. Zhang, S. W. Cheong, and W. Wu, Phys. Rev. B 79, 180401 (2009).
54. N. Ikeda, J. Phys.: Condens. Matter 20(4), 434218 (2008).
55. J. Wen, G. Xu, G. Gu, and S. M. Shapiro, Phys. Rev. B 80, 020403 (2009).
56. J. Wen, G. Xu, G. Gu, and S. M. Shapiro, Phys. Rev. B 81, 144121 (2010).
57. A. M. Mulders, M. Bartkowiak, J. R. Hester, E. Pomjakushina, and K. Conder, Phys. Rev. B 84, 140403 (2011).
58. M. Bartkowiak, A. M. Mulders, V. Scagnoli, U. Staub, E. Pomjakushina, and K. Conder, Phys. Rev. B 86, 035121 (2012).
59. J. Bourgeois, M. Hervieu, M. Poienar, A. M. Abakumov, E. Elkaïm, M. T. Sougrati, F. Porcher, F. Damay, J. Rouquette, G. Van Tendeloo, A. Maignan, J. Haines, and C. Martin, Phys. Rev. B 85, 064102 (2012).
60. Y. Zhang, H. X. Yang, C. Ma, H. F. Tian, and J. Q. Li, Phys. Rev. Lett. 98, 247602 (2007).
61. Y. Zhang, H. X. Yang, Y. Q. Guo, C. Ma, H. F. Tian, J. L. Luo, and J. Q. Li, Phys. Rev. B 76, 184105 (2007).
62. H. Yang, H. Tian, Y. Zhang, Y. Qin, L. Zeng, C. Ma, H. Shi, and J. Lu, Solid State Commun. 150, 1467 (2010).
63. X. S. Xu, M. Angst, T. V. Brinzari, R. P. Hermann, J. L. Musfeldt, A. D. Christianson, D. Mandrus, B. C. Sales, S. McGill, J. W. Kim, and Z. Islam, Phys. Rev. Lett. 101, 227602 (2008).
64. K. T. Ko, H. J. Noh, J. Y. Kim, B. G. Park, J. H. Park, A. Tanaka, S. B. Kim, C. L. Zhang, and S. W. Cheong, Phys. Rev. Lett. 103, 207202 (2009).
65. M. Angst, R. P. Hermann, W. Schweika, J. W. Kim, P. Khalifah, H. J. Xiang, M. H. Whangbo, D. H. Kim, B. C. Sales, and D. Mandrus, Phys. Rev. Lett. 99, 256402 (2007).
66. E. F. Bertaut, Acta Crystallogr. A 24, 217 (1968).
67. I. D. Brown, The Chemical Bond in Inorganic Chemistry: The Bond Valence Model (Oxford University Press, Oxford, 2002).
68. M. Angst, P. Khalifah, R. Hermann, H. J. Xiang, M. H. Whangbo, V. Varadarajan, J. W. Brill, B. C. Sales, and D. Mandrus, Phys. Rev. Lett. 99, 086403 (2007).
69. C. H. Li, X. Q. Zhang, Z. H. Cheng, and Y. Sun, Appl. Phys. Lett. 93, 152103 (2008).
70. B. Fisher, J. Genossar, L. Patlagan, and G. M. Reisner, J. Appl. Phys. 109, 084111 (2011).
71. N. Ikeda, M. Kubota, H. Hayakawa, H. Akahama, D. Ohishi, A. Nakanishi, T. Funabiki, Y. Matsuo, N. Kimizuka, T. Kambe, S. Mori, and J. Kano, Ferroelectrics 414, 41 (2011).
72. S. Cao, J. Li, Z. Wang, H. Tian, Y. Qin, L. Zeng, C. Ma, H. Yang, and J. Li, Scientific Reports 2, 330 (2012)DOI 10.1038/srep00330.
73. C. H. Li, X. Q. Zhang, Z. H. Cheng, and Y. Sun, Appl. Phys. Lett. 92, 182903 (2008).
74. C. H. Li, F. Wang, Y. Liu, X. Q. Zhang, Z. H. Cheng, and Y. Sun, Phys. Rev. B 79, 172412 (2009).
75. F. Wang, C. H. Li, T. Zou, Y. Liu, and Y. Sun, J. Phys.: Condens. Matter 22, 496001 (2010).
76. L. J. Zeng, H. X. Yang, Y. Zhang, H. F. Tian, C. Ma, Y. B. Qin, Y. G. Zhao, and J. Q. Li, Europhys. Lett. 84, 57011 (2008).
77. S. Cao, J. Li, H. F. Tian, Y. B. Qin, L. J. Zeng, H. X. Yang, and J. Q. Li, Appl. Phys. Lett. 98, 102102 (2011).
78. S. M. Lawrence, PhD thesis, Curtin University (2011).
79. F. Wang, T. Zou, Y. Liu, L. Q. Yan, and Y. Sun, J. Appl. Phys. 111, 033703 (2012).
80. H. Itoh, K. Itoh, K. Anjyo, H. Nakaya, H. Akahama, D. Ohishi, S. Saito, T. Kambe, S. Ishihara, N. Ikeda, and S. Iwai, J. Lumin. 133, 149 (2013).
81. F. M. Vitucci, A. Nucara, C. Mirri, D. Nicoletti, M. Ortolani, U. Schade, and P. Calvani, Phys. Rev. B 84, 153105 (2011).
82. J. de Groot, PhD thesis, RWTH Aachen University (2012).
83. C. Lee, J. Kim, S. W. Cheong, and E. J. Choi, Phys. Rev. B 85, 014303 (2012).
84. H. J. Xiang and M. H. Whangbo, Phys. Rev. Lett. 98, 246403 (2007).
85. Z. Popović and S. Satpathy, Phys. Rev. Lett. 88, 197201 (2002).
86. F. M. Vitucci, A. Nucara, D. Nicoletti, Y. Sun, C. H. Li, J. C. Soret, U. Schade, and P. Calvani, Phys. Rev. B 81, 195121 (2010).
87. Y. Hou, Y. P. Yao, S. N. Dong, M. L. Teng, X. F. Sun, and X. G. Li, J. Raman Spectrosc. 42, 1695 (2011).
88. R. J. McQueeney, J. Ma, S. Chang, J. Q. Yan, M. Hehlen, and F. Trouw, Phys. Rev. Lett. 98, 126402 (2007).
89. H. J. Xiang, E. J. Kan, S. H. Wei, M. H. Whangbo, and J. Yang, Phys. Rev. B 80, 132408 (2009).
90. A. Nagano, M. Naka, J. Nasu, and S. Ishihara, Phys. Rev. Lett. 99, 217202 (2007).
91. M. Naka, A. Nagano, and S. Ishihara, Phys. Rev. B 77, 224441 (2008).
92. J. Nasu, A. Nagano, M. Naka, and S. Ishihara, Phys. Rev. B 78, 024416 (2008).
93. T. Watanabe and S. Ishihara, J. Phys. Soc. Jpn. 78, 113702 (2009).
94. T. Watanabe and S. Ishihara, J. Phys. Soc. Jpn. 79, 114714 (2010).
95. A. J. Hearmon, D. Prabhakaran, H. Nowell, F. Fabrizi, M. J. Gutmann, and P. G. Radaelli, Phys. Rev. B 85, 014115 (2012).
96. Y. Murakami, N. Abe, T. Arima, and D. Shindo, Phys. Rev. B 76, 024109 (2007).
97. Y. Horibe, K. Yoshii, N. Ikeda, and S. Mori, Phys. Rev. B 80, 092104 (2009).
98. M. Tanaka, J. Akimitsu, Y. Inada, N. Kimizuka, I. Shindo, and K. Siratori, Solid State Commun. 44, 687 (1982).
99. Y. Nakagawa, M. Inazumi, N. Kimizuka, and K. Siratori, J. Phys. Soc. Jpn. 47, 1369 (1979).
100. N. Ikeda, R. Mori, S. Mori, and K. Kohn, Ferroelectrics 286, 897 (2003).
101. Y. Horibe, N. Ikeda, K. Yoshii, and S. Mori, Phys. Rev. B 82, 184119 (2010).
102. Y. B. Qin, H. X. Yang, Y. Zhang, H. F. Tian, C. Ma, Y. G. Zhao, R. I. Walton, and J. Q. Li, J. Phys.: Condens. Matter 21, 015401 (2009).
103. H. Yang, Y. Zhang, Y. Qin, C. Ma, H. Tian, and J. Li, Phys. Status Solidi B 247, 870 (2010).
104. Y. B. Qin, H. X. Yang, L. Wang, H. F. Tian, C. Ma, Y. Li, H. L. Shi, and J. Q. Li, Eur. Phys. J. B 75, 231 (2010).
105. J. Iida, S. Kakugawa, G. Kido, Y. Nakagawa, S. Takekawa, and N. Kimizuka, Physica B 155, 307 (1989).
106. F. Wang, J. Kim, Y. J. Kim, and G. D. Gu, Phys. Rev. B 80, 024419 (2009).
107. W. Wu, V. Kiryukhin, H. J. Noh, K. T. Ko, J. H. Park, W. Ratcliff, P. A. Sharma, N. Harrison, Y. J. Choi, Y. Horibe, S. Lee, S. Park, H. T. Yi, C. L. Zhang, and S. W. Cheong, Phys. Rev. Lett. 101, 137203 (2008).
108. M. Phan, N. Frey, M. Angst, J. de Groot, B. Sales, D. Mandrus, and H. Srikanth, Solid State Commun. 150, 341 (2010).
109. Y. Sun, Y. Liu, F. Ye, S. Chi, Y. Ren, T. Zou, F. Wang, and L. Yan, J. Appl. Phys. 111, 07D902 (2012).
110. J. Iida, M. Tanaka, Y. Nakagawa, S. Funahashi, N. Kimizuka, and S. Takekawa, J. Phys. Soc. Jpn. 62, 1723 (1993).
111. J. Bourgeois, G. André, S. Petit, J. Robert, M. Poienar, J. Rouquette, E. Elkaïm, M. Hervieu, A. Maignan, C. Martin, and F. Damay, Phys. Rev. B 86, 024413 (2012).
112. K. Kuepper, M. Raekers, C. Taubitz, M. Prinz, C. Derks, M. Neumann, A. V. Postnikov, F. M. F. de Groot, C. Piamonteze, D. Prabhakaran, and S. J. Blundell, Phys. Rev. B 80, 220409 (2009).
113. M. Tanaka, H. Iwasaki, K. Siratori, and I. Shindo, J. Phys. Soc. Jpn. 58, 1433 (1989).
114. S. Nakamura, H. Kito, and M. Tanaka, J. Alloys Compds. 277, 574 (1998).
115. T. Maruyama, Y. Murakami, D. Shindo, N. Abe, and T. Arima, Phys. Rev. B 86, 054202 (2012).
116. H. J. Noh, H. Sung, J. Jeong, J. Jeong, S. B. Kim, J. Y. Kim, J. Y. Kim, and B. K. Cho, Phys. Rev. B 82, 024423 (2010).
117. Y. Tokura and N. Nagaosa, Science 288, 462 (2000).
118. K. Yoshii, N. Ikeda, Y. Nishihata, D. Maeda, R. Fukuyama, T. Nagata, J. Kano, T. Kambe, Y. Horibe, and S. Mori, J. Phys. Soc. Jpn. 81, 033704 (2012).
119. S. R. Bland, Ph.D. thesis, Durham University (2010).
120. M. Zeng, J. Liu, Y. Qin, H. Yang, J. Li, and J. Dai, Thin Solid Films 520, 6446 (2012).
121. R. C. Rai, A. Delmont, A. Sprow, B. Cai, and M. L. Nakarmi, Appl. Phys. Lett. 100, 212904 (2012).
122. W. Wang, Z. Gai, M. Chi, J. D. Fowlkes, J. Yi, L. Zhu, X. Cheng, D. J. Keavney, P. C. Snijders, T. Z. Ward, J. Shen, and X. Xu, Phys. Rev. B 85, 155411 (2012).
123. C. M. Brooks, R. Misra, J. A. Mundy, L. A. Zhang, B. S. Holinsworth, K. R. O'Neal, T. Heeg, W. Zander, J. Schubert, J. L. Musfeldt, Z. K. Liu, D. A. Muller, P. Schiffer, and D. G. Schlom, Appl. Phys. Lett. 101, 132907 (2012).
124. M. S. Senn, J. P. Wright, and J. P. Attfield, Nature 481, 173 (2012).
125. F. Schrettle, S. Krohns, P. Lunkenheimer, V. A. M. Brabers, and A. Loidl, Phys. Rev. B 83, 195109 (2011).
126. P. Monceau, Adv. Phys. 61, 325 (2012).
127. P. Lunkenheimer, J. Müller, S. Krohns, F. Schrettle, A. Loidl, B. Hartmann, R. Rommel, M. de Souza, C. Hotta, J. A. Schlueter, and M. Lang, Nature Mater. 11, 755 (2012).
128. K. Sedlmeier, S. Elsässer, D. Neubauer, R. Beyer, D. Wu, T. Ivek, S. Tomić, J. A. Schlueter, and M. Dressel, Phys. Rev. B 86, 245103 (2012).