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Search for novel multiferroic mechanism

English title Search for novel multiferroic mechanism
Applicant Kenzelmann Michel
Number 165855
Funding scheme Project funding
Research institution Paul Scherrer Institut
Institution of higher education Paul Scherrer Institute - PSI
Main discipline Condensed Matter Physics
Start/End 01.12.2016 - 31.03.2019
Approved amount 217'220.00
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Keywords (3)

Multiferroics; Neutron scattering; Solid state chemistry

Lay Summary (German)

Lead
Multiferroische Materialien besitzen gleichzeitig zwei Eigenschaften, die für Anwendungen interessant sind: sie sind magnetisch und ferroelektrisch. Magnetismus wird in vielen Bereichen gebraucht, zum Beispiel bei elektromagnetischen Generatoren und Motoren, bei der Datenspeicherung oder für medizinische MRI Untersuchungen. Ferroelektrizität wird bei energie-effizienten Infrarotsensoren, Mikrophonen und Schaltkreisen gebraucht. Das gleichzeitige Auftreten von Magnetismus und Ferroelektrizität bietet viele Möglichkeiten für Anwendungen, aber es gibt nur wenige Materialien, die diese Eigenschaften bei Zimmertemperatur haben.
Lay summary
Unser Ziel ist es, neue multiferroische Materialien zu entwickeln. In diesem Projekt erforschen wir die Möglichkeit eines neuartigen Mechanismus, wie Ferroelektrizität in magnetischen Materialien entstehen kann. Wir untersuchen sogenannte magnetisch-induzierte Ferroelektrika, in denen komplexe magnetische Ordnung die Ferroelektrizität erzeugt. Oft geschieht dies nur bei sehr tiefen Temperaturen, da die symmetriebrechenden Wechselwirkungen recht schwach sind. Unsere neuartige Methode besteht nun darin, dass wir chemische Unordnung in relativ einfachen Magneten induzieren. Dadurch lassen sich die symmetriebrechenden Wechselwirkungen verstärken, und komplexe magnetischen Strukturen lassen sich auch bei hohen Temperaturen stabilisieren. Die Materialien werden mit festkörperchemischen Methoden hergestellt, und die magnetischen Strukturen werden mit Neutronendiffraktion untersucht.
Direct link to Lay Summary Last update: 08.12.2016

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Name Institute
Yang Junye

Publications

Publication
Observation of novel charge ordering and spin reorientation in perovskite oxide PbFeO3
Ye Xubin, Zhao Jianfa, Das Hena, Sheptyakov Denis, Yang Junye, Sakai Yuki, Hojo Hajime, Liu Zhehong, Zhou Long, Cao Lipeng, Nishikubo Takumi, Wakazaki Shogo, Dong Cheng, Wang Xiao, Hu Zhiwei, Lin Hong-Ji, Chen Chien-Te, Sahle Christoph, Efiminko Anna, Cao Huibo, Calder Stuart, Mibu Ko, Kenzelmann Michel, Tjeng Liu Hao, et al. (2021), Observation of novel charge ordering and spin reorientation in perovskite oxide PbFeO3, in Nature Communications, 12(1), 1917-1917.
Characterization of magnetic symmetry and electric polarization of YCr0.5Fe0.5O3
Yang J. Y., Shen X. D., Pomjakushin V., Keller L., Pomjakushina E., Long Y. W., Kenzelmann M. (2020), Characterization of magnetic symmetry and electric polarization of YCr0.5Fe0.5O3, in Physical Review B, 101(1), 014415-014415.

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
Prof. Long, IOP Beijing China (Asia)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
Dr. Andrea Scaramucci Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results

Scientific events

Active participation

Title Type of contribution Title of article or contribution Date Place Persons involved
Effects in Multiferroics Beyond the Coupling of Magnetic and Electric Order Talk given at a conference Quadrupolar fluctuations in frustrated magnets 05.08.2018 Lewiston, United States of America Kenzelmann Michel;
ICNS2017 Talk given at a conference Novel Phases in Frustrated Magnets Studied with Polarized Neutron Scattering 09.07.2017 Daejeon, Korean Republic (South Korea) Kenzelmann Michel;


Associated projects

Number Title Start Funding scheme
170760 High-field THz source for pump-probe experiments at SwissFEL 01.11.2017 R'EQUIP
141334 Magnetoelectric coupling at RT: investigating novel routes 01.10.2012 Project funding

Abstract

We propose to search for novel mechanisms leading to magnetically-induced ferroelectricity. We will focus on materials where disorder causes magnetic frustration and leads to symmetry-breaking magnetic structures. We will synthesize polycrystalline and single-crystalline materials and characterize their physical properties using magnetic and electric measurements. The microscopic structural and magnetic properties will be determined using a collection of neutron and X-ray scattering techniques.
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