Irányfüggő abszorpció vizsgálata multiferroikus BiFeO3 magnon gerjesztéseiben
Irányfüggő abszorpció vizsgálata multiferroikus BiFeO3 magnon gerjesztéseiben
Farkas Dániel Gergely Msc 2. évf.
Konzulensek: Dr. Bordács Sándor, Fizika tanszék
Szaller Dávid, Fizika Tanszék
Az un. multiferroikus, tehát egyszerre ferroelektromos és mágneses rendeződést is mutató anyagok a modern szilárdtestfizika egyik legintenzívebben kutatott területe. Érdekességüket az erős magneto-elektromos csatolás adja, az elektromos tér mágnesezettséget, a mágneses tér pedig ferroelektromos polarizációt is létrehoz ezekben a kristályokban. A magneto-elektromos effektus számos új alkalmazással kecsegtet: elektromos és mágneses tér érzékelőkben, mágneses adattárolásban és információ feldolgozó eszközökben.
A multiferroikus anyagok közül a BiFeO3 a legtöbbet vizsgált vegyület, mivel multiferroikus fázisa szobahőmérsékleten is megmarad. Dolgozatomban a BiFeO3 mágnesesen rendezett alapállapotának kollektív gerjesztéseit, spin-hullámait vizsgáltam, hogy az anyag komplex mágneses rendeződését jobban megérthessük. Multiferroikus anyagok gerjesztései szokatlanul is viselkedhetnek, mivel egymással ellentétes irányban terjedő fénynyalábokra az abszorpció különböző lehet. Ez a jelenség az irányfüggő dikroizmus, mely fény egyenirányítókban nyerhet alkalmazást. Ezért dolgozatom másik célja az irányfüggő dikroizmus tanulmányozása volt BiFeO3-ban.
A BiFeO3 spin-hullám gerjesztéseit abszorpciós spektroszkópia segítségével vizsgáltam a terahertz (THz) fény frekvencia tartományban. Méréseimet nagy mágneses terekig (30 T) terjesztettem ki, hogy tanulmányozhassam a BiFeO3-ban lezajló metamágneses átalakulást, illetve hogy a gerjesztési energiák mágneses térfüggésén keresztül képet kapjak a Fe3+ ionok mágneses momentumai közti kölcsönhatásokról. Az anyag egyszerűsített klasszikus spin modelljében meghatároztam, hogy a BiFeO3 milyen kísérleti geometriákban mutathat irányfüggő abszorpciót. Az irányfüggő dikroizmus spektrumot ellentétes mágneses tér irányokban történő mérésekkel határoztam meg.
A nagy mennyiségű kísérleti adat automatikus feldolgozására egy kiértékelő programot készítettem, ami a mért spektrumokból meghatározza a gerjesztési módusok frekvenciáját, és intenzitását. A kísérletekből meghatározott rezonancia paraméterek mágneses térfüggését összevetettem az irodalomból ismert elméleti modell eredményeivel. Az irányfüggő dikrozimusra vonatkozó összegszabályok segítségével a BiFeO3 sztatikus magneto-elektromos effektusának jelenleg is vitatott eredetére is következtetni tudtam.
