Einkomponentige Multiferroika: Synthese und physikalische Eigenschaften

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Das gleichzeitige Auftreten von Ferroelektrizität und Spinordnung, d.h. die sogenannte Multiferroizität, sowie die magneto-elektrische Kopplung dieser beiden Phänomene bieten durch die technologisch leicht beherrschbare Anwendung elektrischer und magnetischer Felder einen neuartigen Zugang zu innovativen Funktionselementen wie Datenspeichern oder Sensoren. Multiferroizität kann durch Kompositsysteme realisiert werden, tritt aber auch in chemisch einphasigen Systemen auf. Solche einkomponentigen Multiferroika sind in der Herstellung wesentlich einfacher zu beherrschen als Kompositsysteme, was besonders für die Miniaturisierung von Bauelementen wichtig ist. Allerdings wird eine für eine technologische Nutzung ausreichende magneto-elektrische Kopplung in diesen Systemen selten beobachtet. Bei den wenigen bekannten Ausnahmen findet man Multiferroizität nur bei niedrigen Temperaturen unter 100 K. Gegenstand unseres Projektes ist die Synthese und genaue Untersuchung der bislang wenig verstandenen mikroskopischen Eigenschaften einkomponentigen multiferroischer Materialien. Dabei wird das Ziel verfolgt, größere magneto-elektrische Kopplungen bei höheren Temperaturen zu erreichen, um diese Materialien technologisch nutzbar zu machen. Wir werden konkret Messungen der dielektrischen (elektrische Polarisation, dielektrische Funktion) und thermodynamischen Eigenschaften (Magnetisierung, thermische Ausdehnung, Magnetostriktion, spezifische Wärme) durchführen. Zusätzlich werden wichtige Gittereigenschaften (phononischer thermischer Transport, Ultraschall) untersucht. Besonderheit unserer Untersuchungen ist die Kombination dieser Methoden mit der Anwendung hoher äußerer magnetischer und elektrischer Felder, sowie Messungen unter Druck. Schlüsselexperimente sind hier Untersuchungen der dielektrischen Eigenschaften in Magnetfeldern und der Magnetisierung in elektrischen Feldern, um magneto-elektrisches Schalten direkt nachzuweisen.