Study of spin-lattice coupling in multiferroics Study of spin-lattice coupling in multiferroics

• Thesis title in Czech: Study of spin-lattice coupling in multiferroics Study of spin-lattice coupling in multiferroics
• Thesis title in English: Studium spin-mřížkové vazby v multiferoikách
• Academic year of topic announcement: 2012/2013
• Thesis type: dissertation
• Department: Department of Condensed Matter Physics (32-KFKL)
• Supervisor: RNDr. Stanislav Kamba, CSc.

Guidelines

Předmětem studia budou hlavně tenkovrstevné materiály EuTiO3, SrMnO3, Ca3Mn2O7, EuO atd. Ty jsou magnetické, ale neferoelektrické v objemových vzorcích. Feroelektřina bude v těchto vrstvách indukována uměle mechanických napětím od podložek, na kterých budou vrstvy narostlé. Pro studium feroelektrických fázových přechodů bude použita daleká infračervená, Ramanova a THz spektroskopie, magnetické vlastnosti budou měřeny SQUIDem. Měření budou prováděna od 4 do 900 K. Spektroskopické metody budou použity na studium fononů, magnónů a elektromagnónů. Infračervená a Ramanova spektra bude student měřit i při různých magnetických polích v Ústavu vysokých magnetických polí v Grenoblu. Počítá se i s THz měřením spinových vln v polích do 7 T, která budou prováděna pomocí nového magnetického kryostatu ve FZÚ.

References

1. K.F. Wang, J.M. Liu and Z.F. Ren, Multiferroicity: the coupling between magnetic and polarization orders, Advances in Physics, 58, 321-448 (2009).
2. K.Z. Rushchanskii, S. Kamba, V. Goian, P. Vaněk, M. Savinov, J. Prokleška, D. Nuzhnyy, K. Knížek, F. Laufek, S. Eckel, S.K. Lamoreaux, A.O. Sushkov, M. Ležaič, and N.A. Spaldin, A multiferroic material to search for the permanent electric dipole moment of the electron, Nature Materials, 9, 649-654 (2010).
3. J.H. Lee, ... S. Kamba, et al. A strong ferroelectric ferromagnet created via spin-lattice coupling, Nature, 466, 954-959 (2010).
4. C. Kittel, Úvod do fyziky pevných látek, Academia, Praha 1985 (or English edition).
5. P. Brüesch, Phonons: Theory and Experiments I-III, Springer-Verlag, Berlin 1982

Preliminary scope of work

Multiferoika jsou v přírodě vzácně se vyskytující materiály, které vykazují zároveň magnetické a feroelektrické uspořádání. Teoreticky je v nich možné ovlivňovat magnetizaci elektrickým polem nebo feroelektrickou polarizaci magnetickým polem. Podstata tohoto magnetoelektrického jevu není zatím plně pochopená, proto se intenzívně studuje. Navíc se tento jev může potenciálně využít ve stálých elektronických pamětech, magnetoelektrických senzorech atd.
Předmětem studia budou hlavně tenkovrstevné materiály EuTiO3, SrMnO3, Ca3Mn2O7, EuO atd. Ty jsou magnetické, ale neferoelektrické v objemových vzorcích. Feroelektřina bude v těchto vrstvách indukována uměle mechanických napětím od podložek, na kterých budou vrstvy narostlé. Pro studium feroelektrických fázových přechodů bude použita infračervená, Ramanova a THz spektroskopie, magnetické vlastnosti budou měřeny SQUIDem. Měření budou prováděna od 4 do 900 K. Spektroskopické metody budou použity na studium fononů, magnónů a elektromagnónů. Počítá se i s THz měřením spinových vln v novém magnetickém kryostatu do 7 T.

Preliminary scope of work in English

Magnetoelectric multiferroics are rare materials in nature, which exhibit simultaneously magnetic and ferroelectric order. These quantities are coupled and therefore there is possible to influence magnetization by electric field or ferroelectric polarization by magnetic field. The origin of the magnetoelectric effect is not yet fully understood, therefore it is intensively studied. Moreover, this effect can be used in nonvolatile electronic memories, magnetoelectric sensors, actuators etc.
The subject of this thesis will be study of thin films of EuTiO3, SrMnO3 , Ca3Mn2¬O7 and EuO. These materials are magnetic, but not ferroelectric in the bulk form. Ferroelectricity can be induced in thin films by mechanical strain from the substrate. Infrared, Raman and THz spectroscopy will be used for study of the ferroelectric phase transitions. Magnetic and magnetoelectric studies will be performed in SQUID magnetometer. The spectroscopic studies of phonons, magnons and electromagnons will be done between 4 and 900 K. THz measurements of the spin waves will be performed in a new magnetic cryostat with the field up to 7 T.