Simultanes Auftreten von Ferroelektrizität und Magnetismus in organischem Material

Forscher der Universitäten Frankfurt am Main und Augsburg entdecken neuen Mechanismus, der für künftige Elektronik-Anwendungen bedeutend sein könnte

Veröffentlicht am: Dienstag, 14. August 2012, 13:39 Uhr (171)

FRANKFURT. Materialien, die verschiedene Arten „ferroischer“ Ordnung kombinieren, sogenannte Multiferroika, könnten ein neues Zeitalter in der Elektronik einläuten,  insbesondere in der elektronischen Schaltungs-, Sensor- und Speichertechnologie. Denn in Multiferroika treten Magnetismus (die Ausrichtung mikroskopischer Magnete) und Ferroelektrizität (die Ausrichtung elektrischer Dipole) simultan auf. In ihrem soeben in Nature Materials erschienenen Beitrag „Multiferroicity in an organic charge-transfer salt that is suggestive of electric-dipole-driven magnetism“ berichten nun die Arbeitsgruppen von Prof. Dr. Jens Müller und Prof. Dr. Michael Lang (Goethe-Universität Frankfurt) sowie PD Dr. Peter Lunkenheimer und Prof. Dr. Alois Loidl  (Universität Augsburg)  von einer überraschenden Entdeckung: Es ist ihnen gelungen, Multiferroizität erstmals in einem Ladungstransfersalz – in einem organischen (kohlenstoffbasierten) Festkörper also – nachzuweisen und damit eine neue Klasse multiferroischer Materialien zu erschließen.

Überraschend ist diese Entdeckung, weil Ladungstransfersalze an sich schon seit langem bekannt und in der Grundlagenforschung Gegenstand intensiver Untersuchungen sind. Diese Materialien weisen eine erstaunliche Fülle interessanter physikalischer Phänomene auf, so etwa Supraleitung, magnetisch- oder ladungsgeordnete Zustände und Metall-Isolator-Übergänge. Solche Phänomene werden in Frankfurt und Augsburg im Rahmen der DFG-Sonderforschungsbereiche/TRR „Condensed Matter Systems with Variable Many-Body Interactions“ (Sprecher: Prof. Michael Lang) und „From Electronic Correlations to Functionality“ untersucht.

Was die Frankfurter und Augsburger Physiker entdeckt haben ist insofern spektakulär, als in dem untersuchten Material ein neuer Mechanismus auftritt, bei dem die ferroelektrische Ordnung die magnetische überhaupt erst möglich macht: Durch eine zunächst auftretende Ordnung von Elektronen werden konkurrierende magnetische Wechselwirkungen unterdrückt, die zuvor das spontane Ordnen der magnetischen Momente behindert haben. Erst durch diese Unterdrückung wird die antiferromagnetische, also antiparallele Ausrichtung dieser Momente ermöglicht.

Inzwischen arbeiten die Frankfurter und Augsburger Physiker bereits daran, diese neuartigen multiferroischen Eigenschaften in einem organischen Material im Detail zu verstehen und eine mögliche Wechselwirkung zwischen elektrischer und magnetischer Ordnung nachzuweisen. Eine solche Wechselwirkung wäre für mögliche Anwendungen insbesondere in der elektronischen Schaltungs-, Sensor- und Speichertechnologie von hoher Relevanz.

Originalbeitrag: Peter Lunkenheimer, Jens Müller, Stephan Krohns, Florian Schrettle, Alois Loidl, Benedikt Hartmann, Robert Rommel, Mariano de Souza, Chisa Hotta, John A. Schlueter, Michael Lang: “Multiferroicity in an organic charge-transfer salt that is suggestive of electric-dipole-driven magnetism”. http://dx.doi.org/10.1038/NMAT3400

Weitere Informationen: Prof. Dr. Jens Müller, Tel. (069) 798-47274, j.mueller@physik.uni-frankfurt.de; Prof. Dr. Michael Lang, Tel. (069) 798-47241, michael.lang@physik.uni-frankfurt.de; Physikalisches Institut, Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main, Max-von-Laue-Straße 1, 60438 Frankfurt am Main http://www.pi.physik.uni-frankfurt.de/index.html