Magnetoelektrische Eigenschaften von Manganat-Titanat Übergittern

Abstract

Als magnetoelektrische Multiferroika werden Materialien bezeichnet, in denen die beiden Ordnungsphänomene Ferromagnetismus und Ferroelektrizität koexistieren. Aufgrund der ausgeprägten magnetischen und elektrischen Suszeptibilität ist diese Materialklasse besonders gut für die Untersuchung magnetoelektrischer Kopplungen geeignet. Die Koexistenz der ferroischen Ordnungen wurde jedoch in chemisch einphasigen Materialien bisher nur selten beobachtet. Komposita bieten weitere Möglichkeiten, magnetoelektrische Effekte zu untersuchen. In dieser Arbeit stellt die Kombination des ferromagnetischen La2/3Ca1/3MnO3 (LCMO) mit dem ferroelektrischen BaTiO3 (BTO) solch ein künstliches multiferroisches Kompositum dar, in dem eine magnetoelektrische Kopplung über die Grenzflächen erfolgen kann. Die LCMO-BTO-Übergitter wurden mit der Metallorganischen-Aerosol-Deposition auf MgO-Substraten abgeschieden. Über koplanare Elektroden an der Oberfläche der Filme wurden mithilfe einer Kapazitätsmessbrücke die dielektrischen Eigenschaften der Proben gemessen. Die elektrische Kapazität und der dielektrische Verlust als Funktion der Probentemperatur und eines äußeren magnetischen Feldes sollen dabei Aufschluss über potentielle magnetoelektrische Kopplungen geben. Der Vergleich der experimentellen Ergebnisse mit Modellrechnungen des dielektrischen Verhaltens einer Maxwell-Wagner-Schaltung soll verdeutlichen, inwieweit ein Teil der beobachteten Magnetokapazität auf den kolossalen Magnetowiderstandseffekt (CMR) zurückzuführen ist, der eine bekannte physikalische Eigenschaft des LCMO darstellt. Um den Einfluss der Übergittergrenzflächen auf die magnetoelektrischen Eigenschaften zu untersuchen, wurde des Weiteren ein grenzflächenmodifiziertes Übergitter hergestellt, bei dem dünne Schichten LaMnO3 an jeder LCMO-BTO-Grenzfläche eingefügt wurden. Das modifizierte Übergitter zeigt im Vergleich zu einem konventionellen Übergitter gleicher LCMO- und BTO-Lagendicken vor allem verbesserte magnetische Eigenschaften und Transporteigenschaften. Die Auswirkungen der Modifikation und somit der Einfluss der Grenzflächen wurde im Rahmen der Eigenschaften des LCMO als Material mit stark korrelierten Elektronen und Polaronen diskutiert.