Magnetische Phasendiagramme und Spinrotationsprozesse in hexagonalen Manganiten

Diplomarbeit aus dem Jahr 2003 im Fachbereich Physik - Theoretische Physik, Note: 1,0, Technische Universität Dortmund (Physik), 240 Quellen im Literaturverzeichnis, Sprache: Deutsch, Abstract: 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.