Zentrales Thema dieser Arbeit ist die Untersuchung der Wechselwirkung zwischen der magnetischen Ordnung der Mn(3+)-Ionen und der magnetischen Ordnung der R(3+)-Ionen mit magnetischem Moment. Ansatzpunkt sind dabei die von Fiebig et al. durchgeführten Messungen, welche in erster Linie an ErMnO3 und HoMnO3 erfolgten. In dieser Arbeit werden die Untersuchungen auf die beiden weiteren Vertreter TmMnO3 und YbMnO3 ausgedehnt und versucht, die bisher noch nicht verstandenen Aspekte der Untergitterwechselwirkung in den hexagonalen Manganiten zu erklären.
Ein Zugang zur antiferromagnetischen Ordnung ist wegen der fehlenden makroskopischen Magnetisierung nicht einfach. Verfahren wie die Polarisationslicht-Mikroskopie und Neutronenstreuung sind entweder anfällig gegenüber Gitterfehlern oder erlauben nicht die in den hexagonalen Manganiten auftretenden verschiedenen antiferromagnetischen Ordnungen zu unterscheiden. Mit der nichtlinearen Magnetooptik existiert ein weiteres Verfahren, das diese Nachteile nicht besitzt. Die Verwendung von Photonen erscheint zunächst seltsam, da Licht bekanntlicherweise nicht direkt an eine magnetische Ordnung koppelt. Der Zugang erfolgt vielmehr über Symmetrieprinzipien wie dem Neumannprinzip, aus denen Polarisationsauswahlregeln folgen.
Die beiden ersten Kapitel der Arbeit beschäftigen sich mit den für das Verständnis der Untersuchungen wichtigen theoretischen Konzepten. Im ersten Kapitel werden sowohl die grundlegenden Symmetriegruppen und -prinzipien der Festkörperphysik als auch die verschiedenen magnetischen Ordnungsformen und die Frustration erläutert. Das zweite Kapitel motiviert die Verwendung der nichtlinearen Optik als Untersuchungsmethode für magnetische Strukturen über eine Erklärung des Zusammenhangs zwischen Symmetrie und Optik.
Der für die Experimente verwendete Meßaufbau ist Thema des dritten Kapitels. Im vierten Kapitel werden die kristallinen, optischen und magnetischen Eigenschaften der untersuchten hexagonalen Manganite beschrieben. Dort wird der Zugang zur magnetischen Ordnung der Manganionen mit Hilfe der Spektroskopie der zweiten Harmonischen (SH-Spektroskopie) eingeführt. In den beiden letzten Kapiteln werden die experimentellen Ergebnisse vorgestellt und diskutiert. Insbesondere wird das im Rahmen dieser Arbeit erstmals beobachtete
SH-Spektrum der magnetischen Ordnung der Manganionen in InMnO3 dargestellt.
Inhaltsverzeichnis
- Einleitung
- Symmetrien in magnetischen Festk¨orpern
- Festk¨orpersymmetrien
- Formen magnetischer Ordnung
- Frustration
- Nichtlineare Optik an magnetischen Systemen
- Motivation
- Nichtlineare Optik
- Meßaufbau
- Uberblick
- Lichtquellen: Nd:YAG-Laser, OPO, Farbstofflaser
- Kryostaten
- CCD-Kamera
- Hexagonale Manganite
- Allgemeine Eigenschaften
- Kristallstruktur
- Optische Eigenschaften
- Magnetische Ordnung
- SH-Spektroskopie
- Spektroskopie als Freiheitsgrad
- SH-Spektroskopie an InMnO3
- Normierte SH-Spektren der magnetischen Ordnung der hexagonalen Manganite
- Phasendiagramm der Mn3+-Ordnung
- Magnetfeldinduzierter α-β-Phasenubergang
- Einfuhrung
- Magnetfeld-Temperatur-Phasendiagramme der Manganordnung in YbMnO3 und TmMnO3
- Bestimmung der Symmetrie der β-Ordnung
- Theoretisches Modell fur den α-β-Phasenubergang
- Erweiterung des theoretischen Modells
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Diplomarbeit befasst sich mit der Untersuchung magnetischer Phasendiagramme und Spinrotationsprozessen in hexagonalen Manganiten. Das Ziel ist es, das Wechselspiel der frustrierten magnetischen Ordnungen der Mn3+-Ionen und der R3+-Ionen mit magnetischem Moment in diesen Materialien zu erkl¨aren. Die Arbeit konzentriert sich auf die Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen den magnetischen Ordnungen und den Energiebeitr¨agen zum Hamiltonoperator des Gesamtsystems.
- Magnetische Ordnung in frustrierten Systemen
- Nichtlineare Optik als Methode zur Untersuchung magnetischer Strukturen
- Magnetische Ordnung der Mn3+-Ionen in hexagonalen Manganiten
- Wechselwirkung zwischen Mangan- und Seltenerd-Untergittern
- Magnetfeldinduzierter α-β-Phasenubergang
Zusammenfassung der Kapitel
Die ersten beiden Kapitel der Arbeit befassen sich mit den theoretischen Grundlagen. Kapitel 1 erl¨autert die grundlegenden Symmetriegruppen und -prinzipien der Festk¨orperphysik sowie verschiedene magnetische Ordnungsformen und das Konzept der Frustration. Kapitel 2 motiviert die Verwendung der nichtlinearen Optik als Untersuchungsmethode f¨ur magnetische Strukturen, indem der Zusammenhang zwischen Symmetrie und Optik aufgezeigt wird.
Kapitel 3 beschreibt den f¨ur die Experimente verwendeten Meßaufbau. Kapitel 4 widmet sich den kristallinen, optischen und magnetischen Eigenschaften der untersuchten hexagonalen Manganite und f¨uhrt die SH-Spektroskopie als Methode zur Untersuchung der magnetischen Ordnung der Manganionen ein.
Die Kapitel 5 und 6 pr¨äsentieren die experimentellen Ergebnisse. Kapitel 5 befasst sich mit der verbesserten SH-Spektroskopietechnik und den daraus gewonnenen Erkenntnissen, einschließlich der erstmaligen Beobachtung des SH-Spektrums der magnetischen Ordnung der Manganionen in InMnO3. Kapitel 6 untersucht die Wechselwirkung zwischen den magnetischen Ordnungen der Manganionen und Seltenerdionen und stellt ein mikroskopisches Modell zur Erkl¨arung der beobachteten Effekte vor.
Schlüsselwörter
Die Arbeit behandelt Themen wie magnetische Phasendiagramme, Spinrotationsprozesse, hexagonale Manganite, frustrierte magnetische Systeme, nichtlineare Optik, SH-Spektroskopie, Untergitterwechselwirkung, α-β-Phasenubergang, Superaustausch, Ising-artiges Heisenberg-Modell, Spinwinkel-Topographie, Dom¨anenstruktur.
- Quote paper
- Dipl.-Phys. Dipl.-Kfm. Martin Kneip (Author), 2003, Magnetische Phasendiagramme und Spinrotationsprozesse in hexagonalen Manganiten, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/88651
