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Deterministisches Switching für multiferroische Nanoinseln

Multiferroika – Materialien, die sowohl eine magnetische als auch eine elektrische Ordnung aufweisen – gelten als vielversprechende Materialien für die Entwicklung von multifunktionellen Elektrogeräten der nächsten Generation. EU-finanzierte Wissenschaftler demonstrieren erfolgreich eine deterministische Polarisationsumschaltung in Submikronstrukturen von multiferroischen Dünnfilmen bei Raumtemperatur, die starke Bausteine für die Entwicklung hochleistungsfähiger Elektronikgeräte sind.
Deterministisches Switching für multiferroische Nanoinseln
In Einzelstoffen gibt es kaum eine Koexistenz von Ferroelektrizität und Ferromagnetismus, da sich die für die jeweiligen Zustände zuträglichen Bedingungen üblicherweise gegenseitig ausschließen. Multiferroika, die eine starke Bindung zwischen den magnetischen und elektrischen Parametern, eine sogenannte magnetoelektrische Kopplung, zeigen, sind bei Raumtemperatur noch seltener vorhanden.

Die Seltenheit einphasiger multiferroischer Materialien bei Raumtemperatur gab Anlass zur Entwicklung multiferroischer Verbundwerkstoffmaterialien, in denen der magnetoelektrische Effekt auf die Grenzflächenkopplung zurückgeht. Im Rahmen des Projekts ELMAGNANO (Electric field driven magnetization switching in multiferroic nanoislands) erzielten Wissenschaftler einen Durchbruch hinsichtlich multiferroischer Dünnfilme. Es wurde erstmals unter Anwendung von elektrischen Feldern außerhalb der Ebene erfolgreich eine Polarisation von Bismutferrit (BFO) innerhalb der Ebene demonstriert. Dies ist ein grundlegender Schritt zur Steuerung der Magnetisierungsumschaltung in solchen Nanostrukturen.

Die Untersuchung zeigte, dass sich die Polarisation in BFO-Nanostrukturen effektiv zwischen jeder der vier Polarisationsvarianten in Richtung der unteren Elektrode umschalten lässt; diese Funktion ist in vorhergehender Forschung nicht erreicht worden. Die jeweilige polare Ausrichtung lässt sich über die Rasterscanrichtung der Rastersondenmikroskopieprobe auswählen.

Die Projektergebnisse zeigen, dass es möglich ist, eine deterministische ferroelektrische Polarisationsumschaltung bei multiferroischen Nanostrukturen zu erreichen. Dies ist von Bedeutung, da hierdurch eine Funktionalitätssteuerung von Elektrogeräten der nächsten Generation ermöglicht wird, die auf magnetoelektrischen Heterostrukturen basieren.

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Schlüsselwörter

Multiferroisch, Elektrogeräte der nächsten Generation, magnetoelektrisch, ELMAGNANO, deterministisches Switching
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