Mechanismen der Multiferroizität in Seltenerd-Orthoferriten: Die Rolle der Dzyaloshinskii-Moriya-Wechselwirkung

 

Das Ziel dieses Projekts ist es, die mikroskopischen Mechanismen zu bestimmen, die für die Kopplung zwischen den Parametern der magnetischen und ferroelektrischen Ordnung in multiferroischen Materialien verantwortlich sind, wobei die Ferroelektrizität durch magnetische Ordnung induziert wird (Typ-II-Multiferroika). Besonderes Augenmerk wird auf die Aufklärung der Rolle der antisymmetrischen Dzyaloshinskii-Moriya (DM)-Wechselwirkung gelegt, die als eine der Hauptkomponenten für die Multiferroizität angesehen wird. Die Klärung des Ursprungs der Kopplung zwischen den Parametern der magnetischen und der ferroelektrischen Ordnung würde es ermöglichen, neue Funktionsmaterialien mit den gewünschten Eigenschaften zu erzeugen.

  HoFeO3 Urheberrecht: © IfK Kristallstruktur und magnetische Struktur von HoFeO3 unterhalb 50 K. Blaue Kugeln – Fe3+-Ionen, rot – Ho3+, orange – O2+

Wir planen, die Kristall- und Magnetstrukturen sowie die magnetischen Wechselwirkungen in Seltenerd-Orthoferriten RFeO3 (R = Ho, Dy, Lu, Tb und Tm) zu untersuchen. Für die Untersuchung der Kristall- und magnetischen Eigenschaften der Mitglieder der RFeO3-Familie sind verschiedene Neutronenstreutechniken geplant. Die Besonderheiten ihrer komplexen magnetischen Strukturen und ihre Entwicklung unter äußeren Bedingungen wie Temperatur, magnetischen und elektrischen Feldern werden durch polarisierte Neutronenbeugung untersucht, einschließlich der sphärischen Neutronenpolarimetrietechnik sowie der klassischen Flip-Ratio-Methode. Untersuchungen der magnetischen Dynamik werden mittels inelastischer Neutronenstreuung durchgeführt, um die Magnetaustausch-Wechselwirkungsparameter zu erhalten. Detaillierte Untersuchungen von RFeO3-Kristallstrukturen, nämlich die Suche nach strukturellen Verzerrungen in einer schwachen ferromagnetischen Phase, um die erwartete Verringerung der Symmetrie zu demonstrieren, werden sowohl durch unpolarisierte Neutronen- und Röntgenbeugungstechniken als auch durch Dilatometriemessungen durchgeführt.

  Magnon-Dispersionsspektrum von HoFeO3 Urheberrecht: © IfK Hochenergie-Magnon-Dispersionsspektrum in HoFeO3, gemessen bei 2.5 K.

Die Ergebnisse der vorgeschlagenen experimentellen Studien werden in Bezug auf die ferroelektrischen Phasen dieser Materialien analysiert. Basierend auf den erhaltenen Ergebnissen wird ein Modell der magnetoelektrischen Wechselwirkungen entwickelt, die für die multiferroischen Eigenschaften von Orthoferriten verantwortlich sind, und es wird sein Grad an Universalität festgelegt.

 

An dem Thema arbeitende Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter

Dr. Martin Meven (Projektleitung)
Dipl.-Phys. Aleksandr Ovsianikov (Doktorand)

Publikationen:

Ovsyanikov, Aleksandr K.; Zobkalo, I. A.; Schmidt, W.; Barilo, S. N.; Guretskii, S. A.; Hutanu, Vladimir: Neutron inelastic scattering study of rare-earth orthoferrite HoFeO3. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 507 (2020), 166855. doi.org/10.1016/j.mmm.2020.166855

 

Förderung:

Dieses Projekt ist eine Zusammenarbeit, die gemeinsam von der deutschen und der russischen Förderorganisationen für wissenschaftliche Forschung finanziert wird:

  DFG Urheberrecht: © DFG

Deutsche Forschungsgemeinschaft
Förderkennzeichen: SA 3688/1-1
Laufzeit: 01.07.2019 - 31.07.2022

  RFBR Urheberrecht: © RFBR

Russian Foundation for Basic Research
Förderkennzeichen:19-52-12047
Laufzeit: 01.01.2019 - 31.12.2021