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Control of surface potential at polar domain walls in a nonpolar oxide

Authors :
Claire Mathieu
Jens Kreisel
D. Martinotti
Ludovic Tortech
Ekhard K. H. Salje
Pierre-Yves Hicher
Mael Guennou
Guillaume F. Nataf
Raphael Haumont
Nick Barrett
Oktay Aktas
Laboratoire d'Etude des NanoStructures et Imagerie de Surface (LENSIS)
Service de physique de l'état condensé (SPEC - UMR3680)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay
Luxembourg Institute of Science and Technology (LIST)
Physics and Materials Science Research Unit
University of Luxemburg
Laboratoire de Physico-Chimie de l'Etat Solide (CHIMSOL)
Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Department of Earth Sciences [University of Cambridge]
University of Cambridge [UK] (CAM)
Laboratoire Innovation en Chimie des Surfaces et NanoSciences (LICSEN UMR 3685)
Nanosciences et Innovation pour les Matériaux, la Biomédecine et l'Energie (ex SIS2M) (NIMBE UMR 3685)
Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut Parisien de Chimie Moléculaire (IPCM)
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire d'Electronique et nanoPhotonique Organique (LEPO)
Nataf, Guillaume [0000-0001-9215-4717]
Salje, Ekhard [0000-0002-8781-6154]
Apollo - University of Cambridge Repository
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)
Department of Earth Sciences, University of Cambridge
Laboratoire Innovation en Chimie des Surfaces et NanoSciences (LICSEN)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)
Source :
Physical Review Materials, Physical Review Materials, 2017, 1 (7), pp.74410-74410. ⟨10.1103/PhysRevMaterials.1.074410⟩, Physical Review Materials, American Physical Society, 2017, 1 (7), pp.74410-74410. ⟨10.1103/PhysRevMaterials.1.074410⟩
Publication Year :
2017
Publisher :
HAL CCSD, 2017.

Abstract

Ferroic domain walls could play an important role in microelectronics, given their nanometric size and often distinct functional properties. Until now, devices and device concepts were mostly based on mobile domain walls in ferromagnetic and ferroelectric materials. A less explored path is to make use of polar domain walls in nonpolar ferroelastic materials. Indeed, while the polar character of ferroelastic domain walls has been demonstrated, polarization control has been elusive. Here, we report evidence for the electrostatic signature of the domain-wall polarization in nonpolar calcium titanate (CaTiO3). Macroscopic mechanical resonances excited by an ac electric field are observed as a signature of a piezoelectric response caused by polar walls. On the microscopic scale, the polarization in domain walls modifies the local surface potential of the sample. Through imaging of surface potential variations, we show that the potential at the domain wall can be controlled by electron injection. This could enable devices based on nondestructive information readout of surface potential.<br />Comment: 30 pages, 12 figures

Details

Language :
English
ISSN :
24759953
Database :
OpenAIRE
Journal :
Physical Review Materials, Physical Review Materials, 2017, 1 (7), pp.74410-74410. ⟨10.1103/PhysRevMaterials.1.074410⟩, Physical Review Materials, American Physical Society, 2017, 1 (7), pp.74410-74410. ⟨10.1103/PhysRevMaterials.1.074410⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....172e1be32881520c1743f8fcd37de743
Full Text :
https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.1.074410⟩