Project

magnetoelectric coupling; magnetoelectric dynamics; artificial multiferroics; x-ray spectroscopy

Lead
De nombreux dispositifs technologiques actuels ont fortement bénéficiés du progrès dans le domaine de la science des matériaux au cours de ces dernières années. L'intérêt pour des matériaux avancés avec de nouvelles fonctionnalités ne cesse d’augmenter. Un exemple important est donné par les matériaux appelés multiferroïques, qui se caractérisent par la présence simultanée du magnétisme et de la ferroélectricité. Cette propriété est peu fréquente dans les matériaux présents dans un milieu naturel, raison pour laquelle ils sont fabriqués en laboratoire. L'intérêt de ces matériaux est qu'ils permettent de contrôler le magnétisme à l'aide d'un champ électrique et, inversement, de générer des forces électromotrices à partir de champs magnétiques. Cette particularité ouvre la voie à création de dispositifs électroniques plus efficaces énergétiquement et plus performants.
Lay summary
Réponse dynamique du couplage magnétoélectrique des hétérostructures artificielles multiferroïques    Contenu et objectifs du travail de recherche   Notre objectif principal est de déterminer la réponse dynamique des matériaux multiferroïques créés artificiellement et, en particulier, d'étudier la réponse magnétique suite à l'application de courtes excitations électriques. Les systèmes étudiés consistent en couches minces de matériaux ferromagnétique et ferroélectrique, propriétés reliées par couplage électronique à l'interface. Ce couplage génère de nouvelles fonctionnalités, absentes dans les couches magnétiques et ferroélectriques  individuels.   Contexte scientifique et social du projet de recherche   Notre travail permettra d'acquérir des informations inédites et essentielles sur la réponse électronique d'une nouvelle classe de matériaux, dits multiferroïques, dont le potentiel est d'être utilisé dans de nouveaux dispositifs électroniques. En particulier, l’étude de la réponse temporelle de ces systèmes nous permettra de mieux comprendre les mécanismes responsables du couplage entre les couches magnétique et ferroélectrique à l'interface du système. Compte tenu de l'importance de la vitesse dans les nouvelles technologies de l'information, la détermination de cette réponse dynamique, à l'échelle de la nanoseconde (unité de temps un milliard de fois plus court qu'une seconde), est indispensable pour une application technologique.

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Last update: 27.11.2014

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The current need for advanced materials with enhanced functionalities has been the driving force for much research in novel materials and artificial heterostructures. A prominent example is that provided by multiferroic materials, which are characterised by the simultaneous presence of, and a coupling between, magnetic and ferroelectric orders. Such functionality could enable the electric field control of magnetism or the magnetic generation of electromotive forces in the solid state, features that have a strong potential for device applications and which is a key motivation behind the current interest in these materials systems. In this proposal, we aim to investigate the time response of the magnetoelectric coupling in artificial multiferroic heterostructures based on complex oxides, with emphasis on the magnetic response of the system to fast electric excitations in the relevant time scale from 1-1000 ps. The magnetic response will be measured in a pump-probe manner using time-resolved magneto-optic Kerr effect and spatially-resolved advanced synchrotron x-ray spectroscopy techniques, which have intrinsic time resolutions of the order of 100 fs and 100 ps, respectively, and spatial resolutions down to 15 nm. By probing the magnetoelectric time response of charge-mediated artificial multiferroics with x-ray spectroscopy, we expect to learn which electronic mechanisms are responsible for the coupling between charge and spin at the interface and how such mechanisms operate in the time and space domain. This research work is made possible by a unique combination of characterisation tools only available at the Swiss Light Source and will pioneer fast switching magnetoelectric dynamics in multiferroic materials. It will have the merit of benchmarking the time response of such systems, which is critical for device applications.