Multiferroika, also Materialien, die gleichzeitig ferroelektrische und ferromagnetische Eigenschaften besitzen, sind sowohl für die Forschung um das Verständnis dieser Eigenschaften als auch für potentielle Anwendungen in neuartigen Speichern von großem Interesse. Die Rasterkraftmikroskopie spielt hierbei eine entscheidende Rolle, da mit ihrer Hilfe die Eigenschaften solcher Probensysteme auf der Nanometerlängenskala untersucht werden können.
In der vorliegenden Arbeit werden drei unterschiedliche multiferroische Systeme auf ihre ferroelektrischen und ferromagnetischen Eigenschaften sowie auf deren Kopplung hin mit Hilfe verschiedener Methoden der Rasterkraftmikroskopie untersucht. Im Grundlagenteil dieser Arbeit wird dazu zunächst eine Methode vorgestellt, mit der magnetische Spitzen für die Rasterkraftmikroskopie charakterisiert werden können, so dass in experimentellen Untersuchungen die Wechselwirkung zwischen der untersuchenden Spitze und der untersuchten Probe besser abgeschätzt werden kann. Des Weiteren wird eine Möglichkeit vorgestellt, Kelvin-Sonden-Rasterkraftmikroskopie mit der magnetischen Rasterkraftmikroskopie zu kombinieren, um elektrostatische Artefakte bei den Untersuchungen der magnetischen Eigenschaften auszuschließen.
Im experimentellen Teil der Arbeit werden zuerst die beiden einphasigen Multiferroika BiFeO3 und BiCrO3 untersucht. Es kann experimentell gezeigt werden, dass für die Untersuchung der ferromagnetischen Eigenschaften von Multiferroika die Kombination aus Kelvin-Sonden-Rasterkraftmikroskopie und magnetischer Rasterkraftmikroskopie notwendig ist und mit dieser Technik die magnetischen und elektrostatischen Kräfte ohne Übersprechen voneinander getrennt werden können. Mit Hilfe der Piezoantwort-Rasterkraftmikroskopie werden die ferroelektrischen Domänen dieser Systeme untersucht und lokal die Polarisationsrichtung in den einzelnen Domänen bestimmt. Weiterhin wird an einem Schichtsystem, bestehend aus einem Nickelfilm, der auf BaTiO3 aufgebracht ist, die magnetoelektrische Kopplung analysiert. Hierbei wird vor allem der Einfluss einer elektrischen Spannung auf die leichte magnetische Achse des Nickelfilms studiert, sowie die Veränderung der magnetischen Domänenstruktur in Abhängigkeit der angelegten elektrischen Spannung.:Abbildungsverzeichnis
Abkürzungen
1. Einleitung
I. Grundlagen
2. Ferroische Materialien
2.1. Ferromagnetika
2.2. Ferroelektrika
2.3. Kopplung ferroischer Eigenschaften: Multiferroika
3. Messmethoden
3.1. Grundlagen der Rasterkraftmikroskopie
3.1.1. Kontakt-Rasterkraftmikroskopie
3.1.2. Nichtkontakt-Rasterkraftmikroskopie
3.2. Piezoantwort-Rasterkraftmikroskopie
3.2.1. Aufbau und Grundlagen
3.2.2. Verwendete Messgeräte
3.3. Kelvin-Sonden-Rasterkraftmikroskopie
3.4. Magnet-Rasterkraftmikroskopie
3.4.1. Grundlagen
3.4.2. MFM in externen Magnetfeldern
3.4.3. Verwendete Messgeräte
II Experimente
4. Experimente
4.1. Charakterisierung magnetischer Spitzen
4.2. Untersuchungen an BiFeO3
4.2.1. Eigenschaften von BiFeO3
4.2.2. Piezoantwort-Rasterkraftmikroskopie-Messungen
4.2.3. Magnetische-Rasterkraftmikroskopie-Messungen
4.3. Untersuchungen an BiCrO3
4.3.1 Eigenschaften von BiCrO3
4.3.2. Piezoantwort-Rasterkraftmikroskopie-Messungen
4.3.3. Magnetische-Rasterkraftmikroskopie-Messungen
4.4. Untersuchungen an Ni-Dünnfilmen auf BaTiO3
4.4.1. Magnetische Eigenschaften von Ni
4.4.2. Theoretische Beschreibung des Systems
4.4.3. Magnetische Rasterkraftmikroskopie-Messungen
5. Zusammenfassung und Ausblick
Angang A
A.1. Koordinatentransformation des piezoelektrischen Tensors
A.2. Bestimmung der Polarisationsrichtung aus der Verzerrung
Literaturverzeichnis
Eigene Publikationen
A.3. Vorträge
A.4. Poster
A.5. Veröffentlichungen
Danksagung
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:25474 |
| Date | 22 December 2010 |
| Creators | Köhler, Denny |
| Contributors | Eng, Lukas M., Gross, Rudolf, Technische Universität Dresden |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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