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A7: Elektronische, geometrische und magnetische Eigenschaften multiferroischer Heterostrukturen

Zentrales Thema dieses Teilprojektes ist das mikroskopische Verständnis der magnetoelektrischen Kopplung über die Grenzfläche von zweikomponentigen Multiferroika. Dazu ist es wichtig, sowohl die elektronischen, geometrischen als auch die magnetischen Eigenschaften dieser Systeme zu untersuchen. Anknüpfend an die bisherigen Untersuchungen an dünnen Fe- und Co-Schichten auf BaTiO₃(001) (BTO) sollen nun XMCD- und MOKE-Messungen sowohl auf dünne CoFe₂O₄-Schichten (als Ausgangspunkt für weitere oxidische Spinelle und Perowskite) als auch auf Systeme ausgedehnt werden, in denen BTO als dünne Schicht (z.B. auf Pt oder Pd) präpariert wird. Ein Ziel ist dabei, Veränderungen der magnetischen Eigenschaften für unterschiedliche Polarisationszustände des BTO („Schalten“) insbesondere auch elementspezifisch nachzuweisen. Um eine enge Anbindung an die Theorie zu erzielen, werden dazu Untersuchungen der Realstruktur mittels LEED und Photoelektronenbeugung (XPD) und hochaufgelöster kantennaher Röntgenfeinstruktur (XANES) durchgeführt. Die letzteren zwei sind gerade für nicht-langreichweitig geordnete Systeme oder gezielte Strukturierung (Stufen, Inseln) von großer Bedeutung. Die Einbeziehung von PLD als Präparationsmethode erweitert den Spielraum bei der Abscheidung und ermöglicht die Untersuchung komplexerer Systeme (z.B. La_1-xSr_xMnO₃).

Hochaufgelöste XANES-Messungen für die untersuchten Systeme (u.a. CoFe₂O₄/BTO(001), Fe/BTO(001) und entsprechende Schichtsysteme auf Pt oder Pd) werden mit theoretischen Berechnungen im Rahmen einer voll-relativistischen ab initio Theorie der Röntgenabsorption verglichen. Strukturdaten werden aus LEED- und XPD-Messungen mit Simulationsrechnungen und/oder ab initio Methoden bestimmt. Eine Aufgabe im Theoriebereich besteht darin, die Beschreibung der Ergebnisse der elektronischen Spektroskopiemethoden, die bisher auf der Grundlage der Dichtefunktionaltheorie (DFT) des Grundzustandes in der lokalen Dichtenäherung (LDA) durchgeführt wird, weiter auf die Beschreibung angeregter Zustände auszudehnen, wobei insbesondere inelastische Verluste (Selbstenergie) und der Elektron-Loch-Wechselwirkung zu berücksichtigen sind. Ziel ist, eine quantitative Interpretation experimenteller Ergebnisse zu erreichen, die eine Klärung weiterer Details der geometrischen und elektronischen Struktur der untersuchten Systeme sowie deren Veränderungen durch die magnetoelektrische Kopplung ermöglicht.