Gervasi Herranz, Matthieu Jamet, Salia Cherifi-Hertel, Riccardo Hertel, Philippe Ohresser, Bénédicte Warot-Fonrose, Rémi Arras, L. Calmels, Cécile Marcelot, Romain Jarrier, Fabrice Scheurer, Ondřej Vlašín, Agence Nationale de la Recherche (France), Ministerio de Economía y Competitividad (España), Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (IPCMS), Université Louis Pasteur - Strasbourg I-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Matériaux et dispositifs pour l'Electronique et le Magnétisme (CEMES-MEM), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Interférométrie, In situ et Instrumentation pour la Microscopie Electronique (CEMES-I3EM), SPINtronique et TEchnologie des Composants (SPINTEC), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Synchrotron SOLEIL (SSOLEIL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Unité mixte de physique CNRS/Thales (UMPhy CNRS/THALES), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-THALES, ANR-11-JS10-0009,DYNAMECS,Processus dynamiques dans des matériaux magnétoélectriques(2011), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), THALES [France]-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and THALES-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Vlašín, Ondřej et al., Magnetoelectric coupling at multiferroic interfaces is a promising route toward the nonvolatile electric-field control of magnetization. Here, we use optical measurements to study the static and dynamic variations of the interface magnetization induced by an electric field in Co/ PbZr0.2Ti0.8O3 (Co/PZT) bilayers at room temperature. The measurements allow us to identify different coupling mechanisms. We further investigate the local electronic and magnetic structure of the interface by means of transmission electron microscopy, soft X-ray magnetic circular dichroism, and density functional theory to corroborate the coupling mechanism. The measurements demonstrate a mixed linear and quadratic optical response to the electric field, which results from a magneto-electto-optical effect. We propose a decomposition method of the optical signal to discriminate between different components involved in the electric field-induced polarization rotation of the reflected light. This allows us to extract a signal that we can ascribe to interface magnetoelectric coupling. The associated surface magnetization exhibits a clear hysteretic variation of odd symmetry with respect to the electric field and nonzero remanence. The interface coupling is remarkably stable over a wide frequency range (1-50 kHz), and the application of a bias magnetic field is not necessary for the coupling to occur. These results show the potential of exploiting interface coupling with the prospect of optimizing the performance of magnetoelectric memory devices in terms of stability, as well as fast and dissipationless operation., This work is supported by the French National Research Agency (ANR) through JCJC program "DYNAMECS” ANR-11-JS10-009-01 and the TEM study was conducted in the framework of project "EMMA” ANR-12-BS10-013. Financial support by the Spanish Government for the CSIC JAE-predoc grant of O.V. is acknowledged. S. C.-H. acknowledges the technical assistance of J.-S. Pelle (IPHC, Strasbourg) and the team of the STnano cleanroom facility in Strasbourg for the optimization of the magnetoelectric micro-devices. R. Cours (CEMES, Toulouse) is acknowledged for his help with the preparation of the sample lamellas for TEM measurements.