Multiferroika
(T. Michael, Prof. S. Trimper)
Materialen mit einer Koexistenz von mindestens zwei ferroischen Ordnungen werden als Multiferroika bezeichnet. Das wechselseitige Beeinflussung zwischen den einzelnen Effekten von magnetischer und ferroelektrischer Ordnung ermöglicht z.B die Veränderung der Magnetisierung durch ein äußeres elektrisches Feld, und umgekehrt.
Zur theoretischen Beschreibung von multiferroischen Materialien vom Typ I, wurde ein Viel-Teilchen-Modell mit biquadratischer magnetoelektrischer Kopplung untersucht. Die magnetischen Momente interagieren durch ein Heisenberg-Modell mit zusätzlicher anisotroper Austauschwechselwirkung, der Dzyaloshinskii-Moriya Wechselwirkung. Ferroelektrischen Anregungen werden im Rahmen des Ising Modells im transversalen Feld durch Pseudo-Spinwellen beschrieben.
In der unteren Abbildung ist die Temperaturabhängigkeit der ferroelektrischen Anregungsenergie in einem multiferroischen Material mit nicht-kollinearer Spin-Struktur dargestellt. Die Kopplungsstärke zwischen den magnetischen und ferroelektrischen Untersystemen wird durch den Parameter g ausgedrückt. Erkennbar ist ein Anstieg der Energie mit zunehmender Kopplungsstärke. Das innere Bild zeigt den Einfluss der Anisotropiewechselwirkung auf das ferroelektrische Subsystem. Hier führt ein stärkere DM-Wechselwirkung zu einer größeren Änderung der Anregungsenergie bei höheren Temperaturen.
Temperaturabhängigkeit der ferroelektrischen Anregungsenergien