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A2: Magnetoelektrische Wechselwirkung in Laser-MBE Wurtzit-Perowskit-Spinell-Heterostrukturen

Multiferroische Komposite mit verschiedenen geometrischen Dimensionalitäten der Einzelkomponenten können gegenüber einphasigen Multiferroika bedingt durch Grenzflächen-Effekte deutlich größere magnetoelektrische Kopplungen aufweisen und sind daher für Anwendungen vielversprechend. Zum Beispiel ist der magnetoelektrische Koeffizient α_ME eines 2-2 Supergitter-Komposites des ferroelektrischen BaTiO₃ und des multiferroischen BiFeO₃ deutlich größer als der eines einphasigen epitaktischen BiFeO₃-Filmes.

Im Weiteren soll die Korrelation zwischen der magnetoelektrischen Kopplung in multiferroischen BaTiO₃-BiFeO₃-Kompositfilmen mit deren Mikrostruktur wie auch der magnetischen Spinstruktur untersucht werden, um die Verspannungskopplung auf mikroskopischer Längenskala zu verstehen und dadurch noch höhere, in Bauelementen anwendbare magnetoelektrische Koeffizienten zu erreichen. Der magnetoelektrische Koeffizient unserer epitaktischen BaTiO₃-BiFeO₃-Multischichten liegt mit etwa 24 V/(cmOe) bei 300 K bereits im internationalen Spitzenfeld. Möglicherweise bestimmen Sauerstoffvakanz-Überstrukturen bzw. Antiphasen-Verkippungen der Sauerstoff-Oktaeder in den Einzelschichten die magnetoelektrische Kopplung in den Kompositfilmen. Derartige Defekte wie auch die mikroskopischen Verspannungszustände sollen mit HR-TEM untersucht werden. Durch gezielte Auswahl der ferroelektrischen und der magnetischen / multiferroischen Komponenten der Kompositdünnfilme sowie der Einstellung der Defektdichten und Dimensionalitäten sollen letztlich anwendungsbereite Magnetoelektrika bereitgestellt werden.

Als weiteres Arbeitsfeld werden elektrische Leitungsphänomene in niedrig geordneten Spinell-, tetragonalen TiO₂- und LaNiO₃-LaAlO₃-Filmen untersucht. In LaNiO₃-LaAlO₃-(111)-Mehrfachschichten wurden von Pentcheva et al. 2014 topologische Phasen theoretisch vorhergesagt. Erste Experimente an LaAlO₃-LaNiO₃-Multilayern zeigen in Abhängigkeit von der Einzelfilmdicke im Bereich von 1,2 bis 10 nm einen bisher nicht völlig verstandenen Metall-Isolator-Übergang. Diese Untersuchungen sollen auf andere hochkorrelierte Oxide wie LaAuO₃, LaAgO₃ und SrIrO₃ ausgedehnt werden.