Breiter Forschungskontext
Elektrische und magnetische Wechselstromfelder im Vakuum werden über Maxwell-Gleichungen gekoppelt. In Materialien entspricht diese statische und dynamische Kopplung magnetoelektrischen Effekt, welcher fast ein Jahrhundert nach der Maxwell-Elektrodynamik entdeckt wurde. Der magnetoelektrische Effekt ist besonders stark in Multiferroika, bei denen es sich um Materialien mit gleichzeitiger und gekoppelter elektrischer und magnetischer Ordnung handelt. Magnetoelektrische und multiferroische Materialien versprechen eine Reihe von Anwendungen, insbesondere in der Elektronik und in den Speichermedien, da sie einen neuen Freiheitsgrad bei der Steuerung von Elektrizität und Magnetismus bieten.
Kürzlich wurde eine neue Familie magnetoelektrischer Materialien auf der Basis von Seltenerd-Langasiten (La3Ga5SiO14 und verwandte Verbindungen) aufgrund symmetriebezogener Mechanismen der Magnetoelektrizität bekannt. Die Kristallsymmetrie in Langasiten verbietet die elektrische Polarisation und damit den magnetoelektrischen Effekt. Dieses Problem lässt sich allerdings indirekt basierend auf der lokalen Symmetrie der Seltenerd-Ionen lösen.
Ziele
Neue symmetriebezogene Wege zum magnetoelektrischen Effekt werden in Langasiten mit unterschiedlicher Seltenerdsubstitution untersucht. Das Zusammenspiel von lokalen und globalen Symmetrien in dieser Materialklasse wird es ermöglichen, neue Wege zum magnetoelektrischen Effekt zu finden. Der Vergleich verschiedener Substituenten in derselben Materialklasse ermöglicht es, die Wege zu finden, wie man die Polarisationswerte optimiert und neue Anwendungen ermöglicht.
Methoden
Dieses Projekt wird die Kombination aus Kristallwachstum, statischen und dynamischen Experimenten, theoretischer Modellierung und Symmetrieanalyse nutzen. Der Charakter von magnetischen und magnetoelektrischen Anregungen wird durch eine Polarisationstechnik analysiert, welche dynamische magnetoelektrische Kopplung und mehrere ungewöhnliche optischer Phänomene wie optischer Aktivität oder Anisotropie der Ausbreitungsrichtung des Lichtes erfassen kann.
Innovationsgrad
Das Interesse zum magnetoelektrischen Effekt in Seltenerd-Langasiten beruht auf dem Zusammenspiel zwischen der globalen Symmetrie des Kristalls und der lokalen Symmetrie des Seltenerd-Ions. Während erstere die magnetoelektrische Kopplung verbietet oder unterdrückt, eröffnet die niedrigere lokale Symmetrie einen ungewöhnlichen indirekten Weg, um den Effekt durch schnelle Sättigung lokaler magnetischer Momente in externen Magnetfeldern zu ermöglichen.
