Kolossaler magnetoelektrischer Effekt in neuen Multiferroik

Rapide Entwicklung der modernen Elektronik verlangt nach alternativen Mechanismen zur Kontrolle von elektrischen und magnetischen Eigenschaften der Materie. Eine vielversprechende Aktivität auf diesem Gebiet setzt bei dem magnetoelektrischen Effekt an, d.h. der Möglichkeit elektrische Polarisation mit magnetischem Feld und Magnetisierung mit elektrischer Spannung zu beeinflussen. Im Hinblick auf mögliche Anwendungen ist es einerseits wichtig, die Stärke des magnetoelektrischen Effekts zu maximieren. Andererseits bleibt auch das Verständnis der grundlegenden mikroskopischen Mechanismen in magnetoelektrischen Materialien unerlässlich, um gezielte Materialentwicklungen weiterführen zu können. Vor kurzem wurde eine neue Materialklasse von Selten-Erd-Boraten entdeckt, die Rekordwerte an magnetoelektrischer Kopplung verspricht. Diese Materialklasse steht im Mittelpunkt des vorliegenden Projekts. Statische und dynamische Eigenschaften sowie deren Zusammenspiel sollen untersucht und verstanden werden. Hierzu wird sowohl eine universelle Kombination aus spektroskopischen Techniken herangezogen als auch Experimente unter verschiedenen externen Parametern und Feldern. Einkristalle verwandter Zusammensetzungen werden untereinander verglichen um relevante Beiträge zum mikroskopischen Mechanismus des magnetoelektrischen Effektes zu entschlüsseln. Eines der konkreten Ziele des Projekts ist es ferner, die existierenden Maximalwerte an magnetoelektrischer Kopplung zu übertreffen.

Rapide Entwicklung der modernen Elektronik verlangt nach alternativen Mechanismen zur Kontrolle von elektrischen und magnetischen Eigenschaften der Materie. Eine vielversprechende Aktivität auf diesem Gebiet setzt bei dem magnetoelektrischen Effekt an, d.h. der Möglichkeit elektrische Polarisation mit magnetischem Feld und Magnetisierung mit elektrischer Spannung zu beeinflussen. Im Hinblick auf mögliche Anwendungen ist es einerseits wichtig, die Stärke des magnetoelektrischen Effekts zu maximieren. Andererseits bleibt auch das Verständnis der grundlegenden mikroskopischen Mechanismen in magnetoelektrischen Materialien unerlässlich, um gezielte Materialentwicklungen weiterführen zu können. Vor kurzem wurde eine neue Materialklasse von Selten-Erd-Boraten entdeckt, die Rekordwerte an magnetoelektrischer Kopplung verspricht. Diese Materialklasse stand im Mittelpunkt des Projekts. Statische und dynamische Eigenschaften sowie deren Zusammenspiel wurden mithilfe einer Kombination aus statischen Experimenten, spektroskopischen Techniken und aktuellen theoretischen Vorstellungen untersucht. In diesem Projekt haben wir einige ungewöhnliche optische Effekte in multiferroischen Boraten demonstriert. Ein solcher Effekt ist z.B. die asymmetrische Transmission des Lichts, d.h. das Material ist für das Licht, das sich in einer Richtung ausbreitet, transparent, für die entgegengesetzte Richtung jedoch undurchsichtig. Dieser contra-intuitive Effekt lässt sich durch starke magnetoelektrische Kopplung in Boraten erklären. In einem weiteren Experiment haben wir gezeigt, dass die gemessene optische Aktivität in einem magnetoelektrischen Material bei grundlegenden Symmetrieoperationen, wie Zeit- und Rauminversion, den Vorzeichen wechselt. Diese Experimente vervollständigen mögliche Symmetrieeigenschaften innerhalb der Licht-Materie Wechselwirkung.