Topographie und Manipulation der magnetischen Domänen in Kobalttellurat

Abstract

Die Manipulation von magnetischen und elektrischen Ordnungen findet heutzutage in vielen Lebensbereichen Anwendung. Daher ist die Forschung bemüht, neue Materialien zu finden und Techniken zu entwickeln, mit denen sich Anwendungen verbessern oder Anwendungsbereiche erweitern lassen. Gerade Multiferroika, insbesondere mit magnetisch induzierter elektrischer Polarisation, bieten wegen der Kopplung der Ordnungen Potential für ungewöhnliche Manipulationen durch externe magnetische oder elektrische Felder.<br /> Durch erste Messungen an Kobalttellurat konnte ein ausgeprägter inverser magnetoelektrischer Effekt nachgewiesen werden. Und obwohl eine spontane Polarisation in der Tieftemperaturphase noch nicht nachgewiesen werden konnte, ist sie zumindest durch eine Symmetriebrechung aufgrund der magnetischen Ordnung in dieser Phase erlaubt. Insgesamt zeigt Kobalttellurat eine Sequenz von drei antiferromagnetischen Ordnungen, die in eine Phase mit einer außerordentlich komplexen magnetischen Ordnung mündet. Ungewöhnlich ist nicht nur der ausgeprägte magnetostrukturelle Übergang erster Ordnung in diese Phase, der durch eine deutliche Anomalie in der spezifischen Wärmekapazität gekennzeichnet ist, sondern auch die Beschreibung der magnetischen Ordnung in der Tieftemperaturphase durch zwei simultane Propagationsvektoren.<br /> Im Rahmen dieser Arbeit wurde die magnetische Ordnung von Kobalttellurat unter dem Einfluss externer magnetischer und elektrischer Felder untersucht. Insbesondere die räumlich aufgelöste Spektroskopie lieferte neue Erkenntnisse über das Verhalten von Kobalttellurat unter äußeren Einflüssen. Durch die Verwendung der Landau-Theorie, die eine rein phänomenologische Beschreibung bietet, können die empirischen Beobachtungen in einem theoretischen Rahmen diskutiert werden, ohne die genauen mikroskopischen Vorgänge zu kennen.<br /> Sowohl die Domänentopographie als auch magnetfeldabhängige Messungen der Phasenübergangstemperatur weisen darauf hin, dass die in der Tieftemperaturphase auftretende Magnetisierung unter Beachtung der Symmetrie nicht entlang einer kristallographischen Hauptachse zeigt. Mit einem Magnetfeld entlang der zweizähligen Symmetrieachse war es möglich, eine Multidomänenstruktur als Gesamtzustand zu invertieren. Möglich wird das dadurch, dass nur einer der beiden Ordnungsparameter geschaltet wird. Durch die Kombination von geeigneten gekreuzten Feldern war es möglich, einen eindomänigen Zustand zu erzeugen. Ein Wechsel dieses Zustands ist sowohl mit dem Wechsel der Orientierung des Magnetfeldes als auch des elektrischen Feldes möglich. Das so gezeigte magnetoelektrische Polen lässt sich im Rahmen der Landau-Theorie erklären.