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B3: Magneto-elektro-optische Wechselwirkung und ihre Dynamik von oxidischen Heterostrukturen

Hauptziel des Projektes ist die Demonstration eines remanent elektrisch schaltbaren optischen Wellenleiters. In diesem soll der Schaltzustand eines auf den dielektrischen oder halbleitenden mikro-dimensionierten Wellenleiter aufgebrachten Ferroelektrikums oder Multiferroikums als Informationseinheit (Bit) dienen. Das Schalten ändert die über die Grenzfläche vermittelten elektrischen oder magnetischen Felder im Wellenleiter. Die dadurch veränderten Eigenschaften der optischen Moden können leicht optisch detektiert und damit der Schaltzustand ausgelesen werden. Solche Schnittstellen zwischen Optik und Elektronik sind z. B. relevant für optische Schaltkreise oder optischen inter-core Datentransport in Multicore-Prozessoren.

In Hinblick auf die Realisierung einer solchen Struktur sollen elektro- und magneto-optische Eigenschaften von ferroelektrischen, magnetischen und multiferroischen Materialien und Heterostrukturen untersucht werden. Dadurch werden auch neue grundlagenphysikalische Erkenntnisse erwartet, bspw. zum Verständnis des Zusammenhanges der Eigenschaften elektronischer Übergänge, die in der dielektrischen Funktion beobachtet werden können, mit den mit magnetischer oder ferroelektrischer Ordnung verbundenen elektronischen Orbitalen. Hierzu soll spektroskopische Ellipsometrie, magneto-optische Spektroskopie und Raman-Streeung eingesetzt werden, auch in Abhängigkeit von der Temperatur, um Phasenübergänge beobachten zu können.

Von besonderem Interesse sind die dynamischen Eigenschaften der dielektrischen Funktion (DF). Hier soll untersucht werden, wie sich die Dynamik ferroelektrischer bzw. multiferroischer Schaltvorgänge auf die Zeitskalen der in der DF beobachtbaren Effekte auswirkt. Dabei sollen Zeitskalen von fs (pump-probe Spektroskopie) über ps bis ms (zeitaufgelöste Ellipsometrie) betrachtet werden.

Als „ferroische“ Materialien sollen im Wesentlichen die auch schon in der laufenden Förderperiode untersuchten Klassen der Spinelle und hexagonalen Manganate, aber auch neu hinzukommend BaTiO₃/BiFeO₃-Komposit-/Multilagen-Multiferroika sowie weitere neuartige Materialien zum Einsatz kommen.