PROCESSING AND PROPERTY ENGINEERING OF DOMAINS AND DOMAIN WALLS IN HEXAGONAL MANGANITES
Master thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/3051742Utgivelsesdato
2022Metadata
Vis full innførselSamlinger
- Institutt for fysikk [2653]
Sammendrag
Topologisk beskyttede objekter har vakt oppmerksomhet innen mange forskningsom-råder. Fra kvantebiter til skyrmioner, fra superflytende helium til det tidlige universet,topologi spiller en avgjørende rolle. Det er ikke alltid lett å produsere eller karakteris-ere de ønskede defektene og ofte kreves det helt spesielle forhold. Ikke så i sekskantetErMnO3, som vises en ferroelektrisk domenestruktur ved romtemperatur, som av naturinneholder en dimensjonale topologiske defekter, såkalte virvelkjerner. ErMnO3 haren Curie-temperatur av TC = 1156°C, som gjør det mulig å studere faseovergangenfra paraelektrisk til ferroelektrisk fase og derfor dannelsen av virvelkjernene i laborato-riet. Dette gir sjansen til å studere Kibble-Zurek-mekanismen, som forutsier at antallvirvelkjerner som kan finnes i materialet avhenger av kjølehastigheten der den går overTC . Målet med denne oppgaven er å undersøke påvirkningen av begrenset system-størrelse på for- mating av topologiske defekter i henhold til Kibble-Zurek-mekanismenved hjelp av en kjølehastighetseksperiment ved bruk av polykrystallinsk ErMnO3. Fordette eksperimentet fire prøver varmes opp til 1472 °C og avkjøles over TC med forskjel-lige kjølehastigheter, dvs. 10−2 K/min, 10−1 K/min, 100 K/min og 101 K/min. Anal-ysen av domenestrukturen viser at ikke bare virvellignende domener er tilstede i deenkelte kornene, men også stripe- som domener. Det foreslås at disse stripelignendedomenene er forårsaket av intergranulære tøyningsfelt, som samhandler med virvelk-jernene. Ikke desto mindre en økning i virvel tetthet med økende kjølehastighet kan blifunnet som ikke kan forklares med belastning felt og antas derfor å stamme fra Kibble-Zurek-mekanismen. The Kibble- Zurek-eksponenten er betydelig senket fra K = 0.49i enkeltkrystallen til K = 0.13 i polykrystallen. Denne endringen kan tilskrives effek-ter som ikke er til stede i single krystaller, som stammefelt, korngrenser og begrensetsystemstørrelse. Topologically protected objects have drawn attention in many research areas. Fromquantum bits to skyrmions, from superfluid helium to the early universe, topology playsa crucial role. It is not always easy to produce or characterize the desired defects andoften very special conditions are required. Not so in hexagonal ErMnO3, which displaysa ferroelectric domain structure at room temperature, which by nature contains onedimensional topological defects, so called vortex cores. ErMnO3 has a Curie temperatureof TC = 1156°C, which allows to study the phase transition from the paraelectric to theferroelectric phase and therefore the formation of the vortex cores in the laboratory.This gives the chance to study the Kibble-Zurek mechanism, which predicts that thenumber of vortex cores that can be found in the material depends on the cooling rateat which it transitions TC .The goal of this thesis is to investigate the influence of limited system size on the for-mation of topological defects according to the Kibble-Zurek mechanism by means of acooling rate experiment using polycrystalline ErMnO3. For this experiment four samplesare heated to 1472 °C and cooled over TC with different cooling rates, i.e. 10−2 K/min,10−1 K/min, 100 K/min and 101 K/min. The analysis of the domain structure showsthat not only vortex-like domains are present in the individual grains, but also stripe-like domains. It is proposed, that those stripe-like domains are caused by intergranularstrain fields, which interact with the vortex cores. Nonetheless an increase in vortexdensity with increasing cooling rate can be found that can not be explained by strainfields and is therefore assumed to originate in the Kibble-Zurek mechanism. The Kibble-Zurek exponent is significantly lowered from K = 0.49 in the single crystal to K = 0.13in the polycrystal. This change can be attributed to effects that are not present in singlecrystals, such as strain fields, grain boundaries and limited system size.