Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Außergewöhnliche magnetische Struktur und Spindynamik im magnetoelektrischen Material LiFePO4 entdeckt

06.08.2015

Außergewöhnliche magnetische Struktur und Spindynamik im magnetoelektrischen Material LiFePO4 entdeckt

Ein HZB-Team hat die komplexe magnetische Struktur und die darauf basierende Spindynamik in der magnetoelektrischen Substanz LiFePO4 entschlüsselt. Materialien dieser Klasse werden bereits heute in der Sensorik eingesetzt und haben großes Anwendungspotential in der Datenspeicherung sowie der Spintronik.


HZB-Forscher entschlüsselten an der Neutronenquelle BER II die magnetische Struktur des Materials LiFePO4.

HZB

Mit Experimenten, die an der Neutronenquelle BER II des HZB durchgeführt wurden, identifizierten die Forscher in LiFePO4 einen neuen Zweig im magnetischen Anregungsspektrum und wiesen eine nicht-kollineare magnetische Struktur nach.

Sie zeigten, dass die magnetoelektrischen Eigenschaften aufgrund der sogenannten Dzyaloshinsky-Moriya-Wechselwirkung zustande kommen, die durch die Spin-Bahn-Kopplung magnetischer Momente verursacht wird. Die Ergebnisse sind in der Zeitschrift Physical Review B erschienen (http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.92.024404).

LiFePO4 ist ein Modellsystem für die Klasse magnetoelektrischer Materialien. Diese Materialien werden heute bereits in der Sensorik eingesetzt und haben großes Anwendungspotential in der Datenspeicherung und der Spintronik.

In magnetoelektrischen Materialien sind Magnetisierung und elektrische Polarisation so miteinander gekoppelt, dass externe magnetische Felder eine elektrische Polarisation induzieren und umgekehrt äußere elektrische Felder zu einer endlichen Magnetisierung führen. Die Kopplung zwischen Magnetisierung und elektrischer Polarisation tritt dann auf, wenn sich kleinste Veränderungen in der Gitterstruktur, an die die elektronische Struktur gekoppelt ist, aufgrund der magnetischen Wechselwirkung auch in der magnetischen Struktur widerspiegeln.

Verkippte magnetische Struktur

Dem HZB-Team um Dr. Rasmus Toft-Petersen ist es nun gelungen, eine winzige Verkippung der magnetischen Momente nachzuweisen, die zur Magnetoelektrizität in dieser Verbindung führt. Die magnetischen Anregungen in der antiferromagnetischen Phase von LiFePO4 wurden am Dreiachsenspektrometer für kalte Neutronen V2/FLEXX an der Neutronenquelle BER II vermessen.

Durch den Nachweis von zwei Zweigen im Anregungsspektrum gelang es, die komplexen magnetischen Wechselwirkungsparameter genau zu bestimmen und die in diesem System vorhandene starke magnetische Anisotropie zu identifizieren. Das Auftreten von ausgeprägter magnetischer Anisotropie ist typischerweise eine Folge starker Spin-Bahn-Kopplung und trägt erheblich zur Bildung des Grundzustands bei.

Dass die Spin-Bahn-Kopplung eine wesentliche Rolle spielt, konnte durch weitere Experimente am Diffraktometer E5 nachgewiesen werden. In den Messungen gaben schwache magnetische Bragg-Peaks den Hinweis auf eine magnetische Struktur, in der die magnetischen Momente nicht völlig parallel zueinander orientiert sind, sondern geringfügig gegeneinander verkippt sind.

Solche Verkippungen können durch die von der Spin-Bahn-Kopplung verursachte Dzyaloshinsky-Moriya-Wechselwirkung entstehen, da sie eine senkrechte Orientierung der Spins gegenüber einer parallelen Ausrichtung bevorzugt.

Modellierung der magnetoelektrischen Eigenschaften

Die Dzyaloshinsky-Moriya-Wechselwirkung ist sehr empfindlich auf die Symmetrie der Kristallstruktur. Legt man an eine Anordnung magnetischer Momente mit verkippter Struktur ein äußeres magnetisches Feld an, ändern sich die Kippwinkel und die mit der Dzyaloshinsky-Moriya-Wechselwirkung verbundene Energie. Das HZB-Team konnte nun zeigen, dass LiFePO4 auf extern angelegte magnetische Felder mit der Verschiebung der Sauerstoffatome reagiert.

Dies führt zur Dzyaloshinsky-Moriya-Wechselwirkung, deren Auftreten ohne Magnetfeld aus Symmetriegründen eigentlich verboten ist. Auf Grundlage dieses Modells wurde die Temperaturabhängigkeit der magnetoelektrischen Koeffizienten berechnet, die die lineare Proportionalität zwischen magnetischem Feld und der elektrischen Polarisation beschreiben. „Die berechneten Koeffizienten sind in guter Übereinstimmung mit experimentellen Daten, die wir in der Literatur aus früheren Messungen gefunden haben, und bestätigen damit das Modell“, sagt HZB-Forscher Dr. Rasmus Toft-Petersen.

Zur Publikation: Phys. Rev. B 92, 024404. “Anomalous magnetic structure and spin dynamics in magnetoelectric LiFePO4” R. Toft-Petersen, M. Reehuis, T. B. S. Jensen, N. H. Andersen, J. Li, M. Duc Le, M. Laver, C. Niedermayer, B. Klemke, K. Lefmann, and D. Vaknin

Kontakt:
Dr. Rasmus Toft-Petersen
(030) 8062-42171
rasmus.toft-petersen@helmholtz-berlin.de

Weitere Informationen:

http://www.helmholtz-berlin.de/pubbin/news_seite?nid=14272&sprache=de&ty...
http://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.92.024404

Dr. Ina Helms | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Durchbruch mit einer Kette aus Goldatomen
17.02.2017 | Universität Konstanz

nachricht Zukunftsmusik: Neues Funktionsprinzip zur Erzeugung der „Dritten Harmonischen“
17.02.2017 | Laser Zentrum Hannover e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Durchbruch mit einer Kette aus Goldatomen

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des Wärmetransportes

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des...

Im Focus: Breakthrough with a chain of gold atoms

In the field of nanoscience, an international team of physicists with participants from Konstanz has achieved a breakthrough in understanding heat transport

In the field of nanoscience, an international team of physicists with participants from Konstanz has achieved a breakthrough in understanding heat transport

Im Focus: Hoch wirksamer Malaria-Impfstoff erfolgreich getestet

Tübinger Wissenschaftler erreichen Impfschutz von bis zu 100 Prozent – Lebendimpfstoff unter kontrollierten Bedingungen eingesetzt

Tübinger Wissenschaftler erreichen Impfschutz von bis zu 100 Prozent – Lebendimpfstoff unter kontrollierten Bedingungen eingesetzt

Im Focus: Sensoren mit Adlerblick

Stuttgarter Forscher stellen extrem leistungsfähiges Linsensystem her

Adleraugen sind extrem scharf und sehen sowohl nach vorne, als auch zur Seite gut – Eigenschaften, die man auch beim autonomen Fahren gerne hätte. Physiker der...

Im Focus: Weltweit genaueste und stabilste transportable optische Uhr

Optische Strontiumuhr der PTB in einem PKW-Anhänger – für geodätische Untersuchungen, weltweite Uhrenvergleiche und schließlich auch eine neue SI-Sekunde

Optische Uhren sind noch genauer als die Cäsium-Atomuhren, die gegenwärtig die Zeit „machen“. Außerdem benötigen sie nur ein Hundertstel der Messdauer, um eine...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

ANIM in Wien mit 1.330 Teilnehmern gestartet

17.02.2017 | Veranstaltungen

Ökologischer Landbau: Experten diskutieren Beitrag zum Grundwasserschutz

17.02.2017 | Veranstaltungen

Von DigiCash bis Bitcoin

16.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Stammzellen verlassen Blutgefäße in strömungsarmen Zonen des Knochenmarks

17.02.2017 | Biowissenschaften Chemie

LODENFREY setzt auf das Workforce Mangement von GFOS

17.02.2017 | Unternehmensmeldung

50 Jahre JULABO : Erfahrung – Können & Weiterentwicklung!

17.02.2017 | Unternehmensmeldung