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Description

The Collaborative Research Centre (SFB) 762 is a joint initative of the universities Halle-Wittenberg and Leipzig as well as the Max Planck Institute of Microstructure Physics Halle.

The central aim of the Collaborative Research Center 762 (CRC) is the fabrication and characterization of oxide heterostructures with components exhibiting ferroelectric, magnetic, semiconducting, and insulating properties, thus featuring additional degrees of freedom for the design of functional properties. The analysed materials and structures are multifunctional, i.e. in addition to magnetic and ferroelectric properties also electrical and/or optical properties are of general interest for the future application. The central foci of the CRC are functional properties driven by the oxide interfaces and the corresponding coupling via the oxide interfaces. The coupling is determined by the atomic structure as well as charge and spin order at the interface. The coupling can be influenced by external electric and magnetic fields, thus creating the respective functional effects. The coupling can be of different nature, e.g. electro-optical, electric, piezoelectric, magnetoeleastic or magnetoelectric.

Multiferroic interfaces are currently capturing a prominent position among these systems. Multiferroic materials per se are showing ferroelectric and magnetic order simultaneously. Ferroelectric properties are typically coupled to relative structural displacement of positive and negative ions against each other. These displacements are especially large if the d states of the systems are unoccupied (d0 occupation). On the other hand, ferromagnetism emerges preferably in systems with partially occupied d shells. Based on this consideration, ferroelectricity and ferromagnetism should actually be mutually exclusive. However, by the use of new methods of synthesis, single-phase multiferroics could be fabricated. The observed electric polarization and magnetization and particularly their coupling effects were frequently very small. A genuine breakthrough in this respect was achieved with multiferroic thin films, multiferroic heterostructures and nanostructured multiferroics. State-of-the-art layer deposition techniques allow for the synthesis of artificially grown layered structures and phases which cannot be fabricated with conventional concepts of synthesis. Furthermore, by the reduction of dimensionality an enhancement of the spontaneous ferroelectric polarization, the spontaneous magnetization and the coupling via the interface is expected. In this context, the magnetoelectric coupling via the oxide interface is particularly promising since it provides the possibility to control the spin order with electric fields and the charge with magnetic fields. This offers to switch the magnetic information by means of an external electric field and vice versa.

The design of ferroelectric and magnetic oxides with appropriate properties is one of the games of the CRC 762. Besides traditional magnetic materials priority is also given to magnetic oxides without d electrons. We are interested in solving the question whether defect-induced magnetism is stable and reproducible and would offer an alternative mechanism of magnetism which is particularly compatible with ferroelectric oxides.

The success of the CRC is based on the combined expertise of surface science, magnetism, semi-conductor physics, solid state chemistry, materials science, and theoretical physics in Halle and Leipzig. A whole variety of cutting-edge growth and characterisation techniques is available. The theoretical description is material-specific based on density functional theory. Besides ground state properties we study finite-temperature, transport, and time-dependent effects in the non-equilibrium state.

On a long-term scale the activities of the CRC 762 will offer new insight into the microscopic properties of oxide interfaces and will design and synthesize oxide heterostructures and prototypes of functional devices with potential applications in sensor and information technology.

If you are interested, please send a recent CV including your academic degrees/certificates and, where applicable, a list of publications and your previous research areas by email to the coordinator of the SFB 762: michael.strauch@physik.uni-halle.de.

Beschreibung

Funktionalität oxidischer Grenzflächen
Der Sonderforschungsbereich (SFB) 762 ist eine gemeinschaftliche Initiative der Universitäten Halle-Wittenberg und Leipzig sowie des Max-Planck-Instituts für Mikrostrukturphysik Halle.

Im Mittelpunkt des Sonderforschungsbereichs (SFB) 762 steht die Herstellung und Charakterisierung von oxidischen Heterostrukturen mit Komponenten, die ferroelektrische, magnetische, halbleitende und isolierende Eigenschaften aufweisen und damit zusätzliche Freiheitsgrade für das Design von Funktionselementen bieten. Die untersuchten Materialien und Strukturen sind multifunktional, das heißt, neben magnetischen und ferroelektrischen Eigenschaften sind für die Funktionalität auch zusätzlich noch elektrische und/oder optische Eigenschaften von Bedeutung. An zentraler Stelle für die Funktionalität steht die Kopplung über die oxidischen Grenzflächen, deren atomare Struktur sowie deren Ladungs- und Spinordnung durch äußere elektrische und magnetische Felder beeinflusst werden kann und somit die jeweiligen funktionalen Effekte bewirkt. Die Kopplungen können verschiedener Natur sein wie beispielsweise elektro-optisch, elektrisch, piezoelektrisch, magnetoelastisch oder magnetoelektrisch.

Multiferroische Heterostrukturen nehmen gegenwärtig unter diesen Systemen einen herausragenden Platz ein. Multiferroische Materialien an sich zeigen gleichzeitig ferroelektrische und magnetische Ordnung. Ferroelektrische Eigenschaften sind üblicherweise an relative strukturelle Verschiebungen der positiven und negativen Ionen gegeneinander gekoppelt. Diese sind besonders groß, wenn die d-Niveaus der Systeme unbesetzt sind (d0-Besetzung). Ferromagnetismus bildet sich dagegen vorzugsweise in Systemen mit partiell besetzten d-Schalen aus. Ausgehend von dieser Betrachtung sollten sich also Ferroelektrizität und Ferromagnetismus eigentlich ausschließen. Es gelang jedoch, durch neue Syntheseverfahren einphasige Multiferroika herzustellen. Die beobachtete elektrische Polarisation und Magnetisierung und insbesondere deren Kopplungseffekte waren oft sehr klein. Ein wirklicher Durchbruch wurde in dieser Hinsicht mit multiferroischen dünnen Filmen, multiferroischen Heterostrukturen und nanostrukturierten Multiferroika erzielt. Modernste Schichtabscheidungsverfahren gestatten die Synthese von Schichtstrukturen und Phasen, die mit herkömmlichen Synthesekonzepten nicht hergestellt werden können. Ferner wird durch die Reduzierung der Dimensionalität die Verstärkung der ferroelektrischen Polarisation, der Magnetisierung und der Kopplung über die Grenzfläche erwartet. Die magnetoelektrische Kopplung über die oxidische Grenzfläche ist in diesem Zusammenhang besonders vielversprechend, da sie die Kontrolle der Spins durch elektrische Felder und die Kontrolle der elektrischen Ladungen durch magnetische Felder ermöglicht. Dies eröffnet die Möglichkeit, magnetische Information durch ein externes elektrisches Feld zu ändern und umgekehrt.

Die Entwicklung ferroelektrischer und magnetischer Oxide mit entsprechenden Eigenschaften ist eines der Anliegen des SFB 762. Neben herkömmlichen magnetischen Materialien liegt das Augenmerk auch auf magnetischen Oxiden ohne d-Elektronen. Wir sind an der Fragestellung interessiert, ob defektinduzierter Magnetismus stabil und reproduzierbar ist und einen alternativen Mechanismus des Magnetismus darstellt, der in besonderer Art und Weise mit ferroelektrischen Oxiden kompatibel ist.

Der Erfolg des SFB basiert auf der Kombination der Expertise in der Forschung zu Oberflächen, Magnetismus, Halbleiterphysik, Festkörperchemie, Materialwissenschaft und theoretischer Physik in Halle und Leipzig. Eine große Vielfalt innovativer Wachstums- und Charakterisierungstechniken steht zur Verfügung. Die theoretische Beschreibung erfolgt materialspezifisch im Rahmen der Dichtefunktionaltheorie. Neben Grundzustandseigenschaften untersuchen wir Effekte bei endlichen Temperaturen, Transport und zeitabhängige Effekte im Nichtgleichgewichtszustand.

Perspektivisch werden die Aktivitäten des SFB 762 neue Einsichten in die mikroskopischen Eigenschaften oxidischer Grenzflächen ermöglichen und zur Entwicklung und Herstellung oxidischer Heterostrukturen und Prototypen von Funktionselementen mit potentiellen Anwendungen in der Mess- und Informationstechnologie führen.

Bei Interesse senden Sie bitte Ihren aktuellen Lebenslauf mit Angabe Ihrer akademischen Abschlüsse/Zertifikate und ggf. Publikationsliste sowie Ihrer bisherigen Forschungsgebiete per Email an den Koordinator des SFB 762: michael.strauch@physik.uni-halle.de.

Location


Further Information

free of charge (kostenlos)?: yes
Functionality of Oxide Interfaces