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A8: Multiferroische 0–3-, 2–2- und 1–3-Komposite

Magnetoelektrische Kopplungsphänomene in heterogenen oxidischen Systemen lassen sich durch die chemische Zusammensetzung der beteiligten Komponenten, ihre Kristallstruktur sowie die Größe und Güte der oxidischen Grenzfläche beeinflussen. Die Variation dieser Parameter ermöglicht damit ein tieferes Verständnis der zugrundeliegenden Mechanismen.

Im Teilprojekt A8 werden Komposit-Multiferroika verschiedener Dimensionalität synthetisiert und strukturell sowie hinsichtlich ihrer magnetoelektrischen Kopplung untersucht. Als ferroelektrische Komponente dient reines sowie kationensubstituiertes BaTiO₃. Als magnetische Komponenten werden Ferrit-Spinelle AFe₂O₄ (A = Mg, Mn, Co, Ni, Cu) sowie Doppelperowskite vom Typ A₂FeMoO₆ (A = Ca, Sr, Ba) und A₂CrWO₆ (A = Ca, Sr, Ba) eingesetzt. Durch chemische Substitution sollen die jeweiligen Ordnungstemperaturen maßgeschneidert werden. Dabei wird insbesondere der Einfluss der Kristallstruktur (z.B. Gitterverzerrungen, Maß der Kationenordnung) untersucht.

Neben der chemischen Variation wird die Dimensionalität der oxidischen Komponenten und damit ihrer Grenzflächen variiert, indem Heterostrukturen (Komposite) verschiedener Dimensionalität synthetisiert werden: 0–3-Komposite werden mittels Core-Shell-Partikeln definierter Größe und Form hergestellt, aus denen durch Sinterung kompakte Keramiken gebildet werden. Schichtartige 2–2-Komposite werden mittels Spin-Coating, Tape-Casting oder Rakeln von Precursoren erzeugt, die nachfolgend bei hohen Temperaturen zum Oxid umgesetzt werden. Zusätzlich werden Einkristalle der magnetischen und ferroelektrischen Komponenten mittels Zonenschmelzen und dem Czochralski-Verfahren gezüchtet und zum epitaktischen Aufwachsen der jeweils anderen Komponente mittels PLD eingesetzt. Zur Herstellung von 1–3-Kompositen sollen die hochgeordneten Poren in porösen Al₂O₃-Membranen oder mesoporösen Silikaten als harte Template genutzt werden.

Zur strukturellen Charakterisierung der erhaltenen Proben kommen Röntgenpulver- und Röntgeneinkristalldiffraktion, Neutronendiffraktion, sowie EXAFS und die Transmissionselektronenmikroskopie zum Einsatz. Die chemische Analytik erfolgt mittels EDX und XRF. Valenzen der redoxaktiven Übergangsmetalle werden durch XANES ermittelt. Die magnetischen und (di‑) elektrischen Eigenschaften sowie die magnetoelektrische Kopplung werden in Abhängigkeit von Feld und Temperatur eingehend untersucht.