Spektroskopische Untersuchungen von Elektromagnonen in multiferroischen Manganaten

• Applicant: Professor Dr. Andrei Pimenov
• Subject Area: Experimental Condensed Matter Physics
• Term: from 2007 to 2011
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 55703090

• Final Report Year: 2014

Final Report Abstract

Manganoxydverbindungen mit magnetoelektrischer Kopplung sind eine Materialklasse mit einem neuen Kopplungsmechanismus zwischen Magnetisierung und elektrischer Polarisation. Die magnetoelektrische Kopplung in diesen Systemen wird mit der Existenz neuartiger Anregungen (Elektromagnonen) verknüpft. Elektromagnonen sind Hybridanregungen der magnetischen Struktur, die im Gegensatz zu konventionellen Magnonen einen großen Beitrag zur dielektrischen Konstante liefern und vom elektrischen Feld angeregt werden können. Aus spektroskopischer Sicht stellen die Elektromagnonen den physikalischen Mechanismus des magnetoelektrischen Effektes in Perowskit-Manganaten dar. In diesem Projekt wurden spektroskopische Untersuchungen an Elektromagnonen mittels Terahertz-Spektroskopie durchgeführt. In verschiedenen Seltenerd-Manganaten wurden die Elektromagnonen identifiziert und spektroskopisch charakterisiert. Die Ergebnisse trugen entscheidend dazu bei, die mikroskopischen Mechanismen der Entstehung und Kontrolle von Elektromagnonen festzustellen und an die existierenden theoretischen Modelle anzupassen. Es konnten zwei gleichzeitig wirkende Mechanismen experimentell nachgewiesen werden. Einige Ergebnisse konnten allerdings nicht ausreichend geklärt werden, was auf physikalische Effekte jenseits zwei genannter Mechanismen hinweist. Wir haben festgestellt, dass Terahertz Strahlung unter bestimmten Bedingungen mithilfe statischer, magnetischer und elektrischer Felder steuern lässt. Besonders interessant aus praktischer Sicht ist die Steuerung mit elektrischer Spannung. Ein solcher Effekt ließ sich tatsächlich an Elektromagnonen im Dysprosium Manganat demonstrieren. Hierzu richtet elektrische Spannung die Domäne in der Probe, die ihrerseits den Vorzeichen der magnetoelektrischen Suszeptibilität beeinflussen. Als Endergebnis kann die Polarisation des Terahertz Strahls mit elektrischem Feld in die vorgegebene Richtung gedreht werden. Eine populärwissenschaftliche Darstellung dieser Ergebnisse wurde auf der Website der TU Wien präsentiert und ist zu finden unter dem Link: http://www.tuwien.ac.at/aktuelles/news_detail/article/8526/

Publications

• "Electromagnons in multiferroic manganites"; Special Issue on Multiferroics. J. Phys: Cond. Matter 20, 434209 (2008)
  A. Pimenov, A. Loidl, A. M. Shuvaev, and A. A. Mukhin
  
• "Terahertz spectroscopy of electromagnons in Eu1γYγMnO3". Phys. Rev. B 77, 014438 (2008)
  A. Pimenov, A. Loidl, A. A. Mukhin, V. D. Travkin, V. Yu. Ivanov, A. M. Balbashov
  
• "Magnetic and magnetoelectric excitations in TbMnO3". Phys. Rev. Lett. 102, 107203 (2009)
  A. Pimenov, A. Shuvaev, A. Loidl, F. Schrettle, A. A. Mukhin, V. D. Travkin, V. Yu. Ivanov, and A. M. Balbashov
  
• "Evidence of electro-active excitation of the spin cycloid in ThMnO3". Phys. Rev. Lett. 104, 097202 (2010)
  Shuvaev, A. M.; Travkin, V. D.; Ivanov, V. Yu.; Mukhin, A. A. & Pimenov, A.
  
• "Soft-mode behavior of electromagnons in multiferroics". Phys. Rev. B 82, 174417(2010)
  Shuvaev, A. M.; Hemberger, J.; Niermann, D.; Schrettle, F.; Loidl, A.; Ivanov, V. Yu.; Travkin, V. D.; Mukhin, A. A. & Pimenov, A.
  
• "Strong dynamic magnetoelectric coupling in meiamaterial". Eur. Phys. J. B 79, 163-167 (2011)
  Shuvaev, A. M.; Engelbrecht, S.; Wunderlich, M.; Schneider, A. & Pimenov, A.
  
• "High-Frequency Electromagnon in GdMnO3". Eur. Phys. J. B 80, 351-354 (2011)
  Shuvaev, A. M.; Mayr, F.; Loidl, A.; Mukhin, A. A. & Pimenov, A.
  
• "Magnetic and magnetoelectric excitations in multiferroic manganites" Topical Review. J. Phys.: Cond. Matt. 23, 113201 (2011)
  Shuvaev, A. M.; Mukhin, A. A. & Pimenov, A.
  
• "Electric Field Control of Terahertz Polarization in a Multiferroic Manganite with Electromagnons". Phys. Rev. Lett. 111,227201 (2013)
  Shuvaev, A.; Dziom, V.; Pimenov, Anna; Schiebl, M.; Mukhin, A. A.; Komarek, A. C.; Finger, T.; Braden, M. & Pimenov, A.
  
• ESR of the quasi-two-dimensional antiferro-magnet CuCrO2 wilh a triangular lattice". Phys. Rev. B 88, 144403 (2013)
  Vasiliev, A. M.; Prozorova, L. A.; Svistov, L. E.; Tsurkan, V.; Dziom, V.; Shuvaev, A.; Pimenov, Anna & Pimenov, A.