Universität Tübingen
Elektrische und magnetische Ordnungsparameter im multiferroischen hexagonalen RMnO3-System
Abstract
Die Substanzklasse der hexagonalen Manganite RMnO3 bildet ein spannendes und herausforderndes Tätigkeitsfeld für Experimentatoren, Theoretiker und Anwendungs-orientierte Forscher. Durch die Koexistenz ferroelektrischer und magnetischer Ordnung in einem hexagonal-antiferromagnetischen System entstehen äußerst komplexe Phasendiagramme. Anwendungen als FeRAMs sind ebenso Ziel aktueller Forschung, wie gekoppelte ferroelektrisch-ferromagnetische Systeme. Doch trotz des hohen technologischen Potenzials der Substanzklasse und obwohl sie seit Mitte der 60iger Jahre erforscht wird, ist das Wissen über sie noch bruchstückhaft - weder sind derzeit die nuklearen und magnetischen Ordnungsprozesse der hexagonalen Manganite detailliert beschrieben, noch sind sie theoretisch vollständig verstanden. In dieser Arbeit erfolgt eine detaillierte Analyse der elektrischen und magnetischen Ordnungsparameter hexagonaler Manganite. Mit gruppentheoretischen Methoden lässt sich das Phasendiagramm der elektrischen Ordnung in einen paraelektrischen, einen antiferroelektrischen und einen gekantet-antiferroelektrischen Bereich einteilen. Dieses Einteilung wird mit Neutronendiffraktion an Pulverproben für R = Lu, Tm und Yb bestätigt. Der magnetische Ordnungsprozess wird mit kombinierter Röntgen- und Neutronendiffraktion an Pulverproben, Neutronendiffraktion an Einkristallen, SQUID-Magnetometrie, Analyse der spezifischen Wärme an Pulverproben mit R = Y und Ho untersucht. Zur Überprüfung der Qualität der Pulverproben erfolgten weiterhin lichtmikroskopische Aufnahmen und Messungen der Korngrößenverteilung im Pulver mittels Laser-Kleinwinkelstreuung. Die Substanzen zeigen zweidimensionale Vorordnung oberhalb der Néeltemperatur, bevor sie in den typischen Raumgruppen eines verzerrten trigonalen Antiferromagneten mit leichter Ebene ordnen. Bei magnetischem R koppeln über eine Dzyaloshinski-Moriya Wechselwirkung die Mn- und R-Untergitter. Für R = Ho führt dies zu einer Änderung der lokalen magnetischen Anisotropie am Mn-Platz und zu einem Tieftemperaturphasenübergang, wobei das Mn-Gitter mit zunehmender R-Ordnung mehr und mehr antiferromagnetisch verkantet. Die Kopplung der magnetischen an die elektrischen Ordnungsparameter schließlich bewirkt eine Verzerrung der Mn-Position, HoMnO3 weist einen echten magnetoelektrischen Phasenübergang bei tiefen Temperaturen auf.
Author and committee
dc:creator, dc:contributor.*- Author
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- Lonkai, Thomas
Identifiers
dc:identifier.*- Identifier
- hdl:10900/48618