Perturbed angular correlation and x-ray diffraction studies on the alpha-beta phase transition in multiferroic bismuth ferrite

Autor: Marschick, Georg
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2020
Předmět:
DOI: 10.34726/hss.2020.62402
Popis: Multiferroische Materialien ziehen durch das Ver��u��ern von mehr als einem ferroischen Ordnungsparameter in derselben Phase Aufmerksamkeit auf sich. Materialien welche Ferroelektrizit��t und Ferromagnetismus kombinieren, stehen besonders im Fokus, da diese Kombination eine direkt durch Elektrizit��t kontrollierte Magnetisierung bzw. eine direkt durch ein Magnetfeld hervorgerufene elektrische Polarisierung eines Materials bewirken kann. Die Vorteile solcher Materialien sind offensichtlich und ��ffnen einen neuen Freiheitsgrad bei der Material-, und Bauteilentwicklung mit Anwendungen in der Speicher-, und Computertechnologie. Ein Hauptproblem von multiferroischen Materialien sind die Einsatztemperaturen. Da die magnetische Ne��l Temperatur und die elektrische Curie Temperatur oft weit unter Raumtemperatur liegen, verlieren die meisten Multiferroika ihre Eigenschaften bei Raumtemperatur, was die technischen Anwendungsbereiche weit einschr��nkt. Bismuthferrit, BiFeO3 oder kurz einfach BFO genannt, jedoch ist ein vielversprechender Kandidat f��r Anwendungen im Raumtemperaturbereich, da die Ne��l Temperatur und die Curie Temperatur weit dar��ber liegen. Bismuthferrit tritt in drei verschiedenen Phasen auf, der rhomboedrischen -Phase bei Raumtemperatur und zwei Hochtemperaturphasen, der -Phase und der -Phase kurz vor dem Schmelzpunkt. Unterschiedliche Ergebnisse bez��glich der Struktur der -Phase und der - Phasen��bergangstemperatur f��hrten zu einer weiteren Untersuchung dieses Phasen��berganges in dieser Arbeit. Mittels Messungen mit gest��rter Winkelkorrelation (Perturbed Angular Correlation, PAC), welche mit der ISOLDE Solid States Physics Group bei ISOLDE, CERN in Genf, Schweiz durchgef��hrt wurden, kombiniert mit R��ngtendiffraktometrieuntersuchungen (X-ray diffraction, XRD), durchgef��hrt am R��ntgeninstitut der Technischen Universit��t Wien, konnten die Kristallstruktur als orthorhombisch Pbnm und die Phasen��bergangstemperatur bei T-= 820C best��tigt werden. Die Kombination der beiden Messmethoden und generell die PAC Messungen mit 111mCd, einem Cadmiumisomer, als Sonde, wurden von uns zum ersten Mal zur Charakterisierung von BFO verwendet.
Multiferroic materials draw attention owing to the exhibition of more than one ferroic form (ferroelectricity, ferromagnetism or ferroelasticity) in the same phase. The main focus of this work lies on materials combining ferroelectricity with ferromagnetism as this combination theoretically allows direct electrically controlled magnetism and magnetically controlled electric polarization. The advantages of such combinations are obvious by opening a whole new degree of freedom in material and device design, potentially expanding possibilities in storage management and computing power. One problem with most multiferroics is the fact that the magnetic Ne��l temperature and the electric Curie temperature often are low, usually below room temperature, leading to a loss of multiferroic behavior in technically desired temperature ranges. However, Bismuth ferrite, also referred to as BiFeO3 or simply BFO, is one promising candidate for industrial applications as its Ne��l and Curie temperature points are well above room temperature. Bismuth ferrite appears in three different phases, the -phase at room temperature and two high temperature phases namely the -phase and the -phase before decomposing and melting, with all of them showing different crystal structures. As the outcome of numerous research groups showed different results regarding the -phase, the nature of the -phase and the - phase transition were supervised in this work. Perturbed Angular Correlation (PAC) measurements done at the ISOLDE Solid State Physics Group at ISOLDE, CERN in Geneva, Switzerland were combined with X-Ray diffraction (XRD) measurements done at the X-Ray center of the Vienna University of Technology in Vienna, Austria. The results confirm a proposed Pbnm crystal symmetry of the -phase with a phase transition temperature of TC = 820C. The combination of the two measurement methods and especially the usage of 111mCd as the PAC probe to characterize BFO was performed the first time by our group.
Databáze: OpenAIRE
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