On ferroelectricity of magnets

Promotie: dhr. A. Scaramucci, 11.00 uur, Academiegebouw, Broerstraat 5, Groningen

Proefschrift: On ferroelectricity of magnets

Promotor(s): prof.dr. M.V. Mostovoy, prof.dr. J. Knoester

Faculteit: Wiskunde en Natuurwetenschappen

 

Koppeling van elektrische polarisatie en magnetisme

In ferro-elektrische materialen bestaat een spontane en omkeerbare elektrische polarisatie. In magnetische stoffen daarentegen zijn de magnetische dipolen van elektronspins spontaan geordend. Een koppeling van elektrische polarisatie en magnetisme kan mogelijk gebruikt worden in nieuwe geheugencellen. Die koppeling bestaat in magneto-elektrische stoffen, waar magnetisatie kan worden gestuurd met een elektrisch veld (en vice versa), en in zogenaamde magnetische ferro-electrica, waar een spontane polarisatie ontstaat als gevolg van de ordening van spins. Een begrip van de fysica die het complexe gedrag van deze materialen verklaart, is zowel vanuit fundamenteel als technologisch oogpunt van belang.

Voor zijn proefschrift bestudeerde Andrea Scaramucci model-Hamiltonianen voor materialen waarin magnetische en elektrische polarisatie aan elkaar gekoppeld zijn. Door gebruik te maken van symmetrie-overwegingen, vindt hij de microscopische interacties tussen spins en elektrische polarisatie in verschillende systemen. Hiermee verklaart de promovendus het mechanisme achter het magneto-elektrische effect in Cr2O3 en de elektromagnonexcitaties in YMn2O5.

Daarnaast stelt een theoretische analyse van materialen waarin de spins geordend zijn in de vorm van een spiraal ons in staat enkele recente waarnemingen te verklaren waarin elektrische polarisatie wordt gestuurd met een magnetisch veld. Zo kan de polarisatie geroteerd worden door het magnetisch veld te draaien, en is aangetoonddat een ferromagnetische 'domain-wall' leidt tot een ferro-elektrische 'domain-wall'. Ten slotte voorspellen we nieuwe effecten zoals het bij hoge temperatuur ontstaan van elektrische polarisatie ten gevolge van de ferromagnetische 'domain walls'.

Andrea Scaramucci (Italië, 1980) studeerde natuurkunde aan de universiteit van Bologna. Het onderzoek werd uitgevoerd aan het Zernike Institute for Advanced Materials.