Multiferroicity in mixed-spin low-dimensional magnetic systems

• Antragsteller: Professor Dr. Rüdiger Klingeler
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 388987880

Das hier beantragte Deutsch-Russische Projekt wird sich mit der Erforschung magnetoelektrischer und multiferroischer Phänomene in niedrigdimensionalen Systemen mit Howardevansit-Struktur beschäftigen, die sich durch Ketten unterschiedlicher magnetischer Ionen auszeichnen. Vertreter dieser großen, hinsichtlich der magnetischen Eigenschaften aber bislang fast nicht erforschten Familie von Metalloxiden sind Fe7(PO4)6, NaFe7(PO4)6, LiCuFe2(VO4)3, oder NaCuFe2(VO4)3, die in diesem Projekt zu Beginn untersucht werden, während im weiteren Verlauf neue Materialien hinkommen werden. Unsere Vorarbeiten bestätigen eine starke magnetoelektrische Kopplung im magnetisch geordneten Grundzustand mehrerer dieser Materialien. Auch generell sind magnetisch niedrigdimensionale Materialien mit Ketten aus verschiedenen Spins bislang nur sehr wenig untersucht worden. Das Auftreten einer spontanen elektrischen Polarisation in diesen Systemen steht in Verbindung mit nicht-kollinearen und langperiodischen magnetischen Strukturen. Die zu untersuchenden Systeme werden in dem Projekt mittels hydrothermaler und Festkörpersynthese hergestellt und mittels einer Vielzahl an experimentellen Methoden untersucht. Konkret werden neben Standardmethoden zur Charakterisierung die spezifische Wärme, thermische Ausdehnung und Magnetostriktion, Magnetisierung in statischen und gepulsten Magnetfeldern, dielektrische Permittivität und dielektrische Polarisation untersucht werden. Messungen in Magnetfeldern bis 18 T (statisch) und 35 T (gepulst) erlauben die Bestimmung der magnetischen Phasendiagramme. Darüber hinaus wird der magnetische Grundzustand durch Hochfrequenz-Elektronenspinresonanz- und Müonen-Spin-Rotations-Spektroskopie charakterisiert. Diese Vielzahl an experimentellen Ergebnissen verspricht die Aufklärung der magnetisch-elastisch-dielektrischen Kopplungen und damit - in Zusammenarbeit mit Partnern aus der Theoretischen Physik - der den magnetoelektrischen bzw. multiferroischen Phänomene zugrundliegenden Mechanismen. Als Nebenaspekt werden die elektrochemischen Eigenschaften der Li-basierten Verbindungen und (mittels in-situ SQUID Magnetometry) die Auswirkungen der Delithiierung auf die magnetischen Eigenschaften untersucht. Insgesamt wird das Projekt nicht nur neue Erkenntnisse über magnetoelektrische bzw. multiferroische Materialien, die sich magnetisch durch Ketten aus unterschiedlichen Spins auszeichnen, sondern eine neue Familie von Multiferroika und Magnetoelektrika für die Grundlagenforschung erschließen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Foundation for Basic Research
• Kooperationspartner: Professor Dr. Alexander Vasiliev