Studium statické a dynamické magnetoelektrické vazby v multiferoikách

• Thesis title in Czech: Studium statické a dynamické magnetoelektrické vazby v multiferoikách
• Thesis title in English: Study of static and dynamic magnetoelectric coupling in multiferroics
• Key words: Feroelektrika, multiferoika, fázové přechody, fonony
• English key words: Ferroelectrics, multiferroics, phase transitions, phonons
• Academic year of topic announcement: 2017/2018
• Thesis type: dissertation
• Department: Department of Condensed Matter Physics (32-KFKL)
• Supervisor: RNDr. Stanislav Kamba, CSc.

Guidelines

Bude specifikováno ve studijním plánu doktoranda

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. T. Kimura, Spiral magnets as magnetoelectrics, Annu. Rev. Mater. Res. 37, 387-413 (2007)
3. T. Kimura, Magnetoelectric hexaferrites, Annu. Rev. Condens. Mater. Phys. 3, 93-110 (2012)
4. Y. Tokura, S. Seki, and N. Nagaosa, Multiferroics of spin origin - a review, Rep. Prog. Phys. 77, 076501 (45pp) (2014)
5. C. Kittel, Úvod do fyziky pevných látek, Academia, Praha 1985 (or English edition).
6. P. Brüesch, Phonons: Theory and Experiments I-III, Springer-Verlag, Berlin 1982
7. N. Kida et al. Terahertz time-domain spectroscopy of electromagnons in multiferroic perovskite manganites, J. Opt. Soc. Am. B, 26 A35-51 (2009)
8. N. Kida and Y. Tokura, Terahertz magnetoelectric response via electromagnons in magnetic oxides, J. Mag. Mag. Mat. 324, 3512-3515 (2012)

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 multiferoické materiály s M- , Y- a Z- hexaferitovou strukturou. Jedná se např. o SrCo2Ti2Fe8O19, BaSrCoZnFe11AlO22 a (Ba1-xSrx)3Co2Fe24O41 ve formě keramik, monokrystalů případně i tenkých vrstev. Tyto ferimagnetické materiály vykazují spinově indukované feroelektrické uspořádání a díky tomu se v nich dá očekávat silná magnetoelektrická vazba. Počítáme, že student bude měřit nejen nízkofrekvenční dielektrické, magnetické a magnetoelektrické vlastnosti ve společné magnetické laboratoři FZÚ a MFF UK, ale zaměří se i na dynamické vlastnosti – studium fononů, magnonů a elektromagnonů pomocí infračervené, Ramanovy i THz spektroskopie v závislosti na teplotě i na magnetickém poli.

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.
Subject of this thesis will be the study of multiferroic materials with M- , Y- a Z- hexaferrite strukture. These are e.g. SrCo2Ti2Fe8O19, BaSrCoZnFe11AlO22 and (Ba1-xSrx)3Co2Fe24O41 in the form of ceramics, single crystals and thin films. These ferrimagnetic materials are spin-induced ferroelectrics and therefore a strong magnetoelectric coupling is expected. The student will measure not only low-frequency dielectric, magnetic and magnetoelectric properties in the joint magnetic lab of Institute of Physics and Faculty of Mathematic and Physics, but will study as well dynamic properties i.e. phonons, magnons and electromagnons using infrared, Raman and THz spectroscopies in dependence of temperature and magnetic field.