Dotierte BiFeO3 Nanopartikel

• Antragsteller: Professor Dr. Bilal Gökce; Professor Dr. Doru Constantin Lupascu
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 396469149

Seit mehreren Jahrzehnten wecken magnetoelektrische Materialien das Interesse der Forschung. Intrinsische Multiferroelektrika sind selten und die Kopplung tritt in den allermeisten Fällen nur bei Temperaturen weit unter Raumtemperatur auf. Bisher sind nur sehr wenige Multiferroika bei Raumtemperatur bekannt. Sie zeigen alle antiferromagnetische Ordnung, was eine vernachlässigbare magnetoelektrische Kopplungen zur Folge hat. Die interessanteste Verbindung ist BiFeO3, da hier die magnetischen Momente nicht direkt antiparallel sind, sondern eine zykloidale Ordnung über viele Einheitszellen bilden. In Summe heben sich diese Momente auf, aber die Hoffnung besteht, dass man diese längerreichweitige Ordnung modifizieren oder aufbrechen kann, um so endliche magnetische Momente zu generieren, die in Anwendungen genutzt werden können. Bisher hat man versucht, dieses Ziel durch die Dotierung von Bulk und die Herstellung von dünnen Filmen zu erzielen. In Nanopartikeln kommt der zusätzliche Einfluss der sehr großen inneren Oberfläche zum Tragen. Hoffnung besteht, dass diese die zykloidale Ordnung zusätzlich beeinflusst und die magnetoelektrische Kopplung erhöht. Nur wenig ist über den Einfluss von Co-Dotierung und die Dekoration der Partikeloberflächen mit sekundären Partikeln bekannt. In diesem Antrag wird diese Fragestellung angegangen. Dabei werden im Wesentlichen Dotierungen untersucht. Der überwiegende Teil des Projektes beschäftigt sich mit der chemischen und zum Teil physikalischen Synthese. Erstere basiert auf eine im Hause entwickelte Methode, die an die Sol-Gel- und Organosol-Methoden angelehnt ist. Wir haben Erfahrung in der Herstellung einer Vielzahl unterschiedlicher keramischer Nanopartikel einschließlich von Kern-Schale- und Himbeerstrukturen. Die Herstellung von nominell reinem BiFeO3 ist bereits erprobt. Diese Techniken sollen jetzt auf dotiertes BiFeO3 angewendet werden. Die Charakterisierung erfolgt mit klassischen Charakterisierungstechniken, SQUID Magnetometrie, Impedanzanalyse (auch lokal), und Raster-Kraft-methoden. Um die Teilchengrößen über einen großen Bereich variieren zu können, sollen neben den chemischen Routen auch Laser-basierte Herstellungsmethoden genutzt werden, die noch kleinere Teilchengrößen generieren können. Somit kann der gesamte Bereich von 20 bis 1000 Nanometern abgedeckt werden. So wie viele andere hoffen wir, hiermit die Nettomagnetisierung und magnetoelektrische Kopplung der Teilchen zu erhöhen. Hierzu bieten wir einen viel versprechenden neuen Ansatz.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen