Neuartige magnetoelektrische Werkstoffe und Bauelemente
Multiferroische Materialien weisen mehr als eine ferroische Eigenschaft gleichzeitig auf. Typischerweise bezieht sich der Begriff auf Materialien, die sowohl ferromagnetische als auch ferroelektrische Eigenschaften zeigen, die, wenn sie einem Magnetfeld ausgesetzt sind, reversibel magnetisiert oder bei Vorhandensein eines elektrischen Feldes reversibel polarisiert werden können. Multiferroika sind selten und noch seltener sind Werkstoffe dieser Art, die zwischen den magnetischen und elektrischen Parametern vermitteln, nämlich eine Wechselwirkung zwischen Magnetisierung und elektrischer Polarisation durch den sogenannten magnetoelektrischen Effekt aufweisen. Die magnetische Phase kann gewissermaßen mit Hilfe eines angelegten elektrischen Felds bzw. die Polarisation kann mittels eines angelegten Magnetfelds gesteuert werden. Insbesondere multiferroische einphasige Dünnschichtmaterialien könnten eine wichtige Rolle bei der Entwicklung neuartiger magnetoelektrischer Bauelemente spielen, aber über die physikalischen Hintergründe, die hinter dem magnetoelektrischen Kopplungseffekt stecken, ist noch nicht ausreichend viel bekannt. Europäische Forscher wollten nun das Potenzial dieser elektrischen Bauelemente im Rahmen des Macomufi-Projekts ("Manipulating the coupling in multiferroic thin films") besser ausloten. Im Speziellen wollten sie eine elektrische Abstimmung der ferromagnetischen Resonanz von Hochfrequenzfiltern und magnetischen Spinwellen-Bauelementen (magnetic spin wave, MSW) ermöglichen. Die Forscher setzten nichtlineare Verfahren zur Untersuchung der magnetoelektrischen Kopplung ein und entwickelten neuartige multiferroische Materialien und Komposite, die als dünne Schichten verwendbar sind, sowie neue Tools zur Charakterisierung der Struktur dünner multiferroischer Schichten. Bariumtitanat (BaTiO3) ist ein bewährtes Ferroelektrikum, dessen Eigenschaften nicht zu einem multiferroischen Verhalten der Verbindung an sich führen können. Das Macomufi-Projektteam konnte jedoch demonstrieren, dass das in BaTiO3 bei Raumtemperatur induzierte elektrische Feld in bestimmten multiferroischen Nanokomposit-Dünnschichten eine magnetische Polarisation auslöst. Die Macomufi-Projektresultate verkörpern das Potenzial, die Entwicklung neuartiger magnetoelektrischer Bauelemente in Europa mit Hilfe eines ersten systematischen wissensbasierten Ansatzes zur Leistungsbewertung, Messung und Charakterisierung des multiferroischen Verhaltens und der magnetoelektrischen Kopplung in einphasigen Dünnschichten zu beschleunigen. Die Vermarktung neuartiger kompakter Bauelemente bzw. Geräte, die mit Multifunktionalität, geringerem Energieverbrauch und reduzierten Kosten punkten, könnte die EU auf dem wachsenden globalen Markt der magnetoelektrischen/multiferroischen Materialien durchaus in eine führende Position katapultieren.
