Multiferroic interfaces of mixed valency systems studied from first principles

Abstract

Diese Arbeit befasst sich mit elektronischen Effekten und Tunnelphänomenen an multiferroischen oxydischen Grenzflächen, die mithilfe von auf Dichtefunktionaltheorie basierten "first-principle" Methoden und Landauer-Büttiker Formalismus untersucht werden. Solche Systeme wurden in den letzten Jahren häufig diskutiert im Bezug auf die Möglichkeit, die Amplitude und sogar das Vorzeichen vom Tunnelmagnetwiderstand (TMR) durch die ferroelektrische Polarisation zu beeinflussen. Im ersten Teil dieser Arbeit wird der Ursprung von einem quasi-zweidimensionalen Elektronengas an der BaTiO3/SrTcO3 Grenzfläche diskutiert, wodurch die wichtigsten Faktoren für dieses Phänomen definiert werden konnten. Im zweiten Teil, werden sowohl das Zusammenspiel von der Multiferroizität und Spin-Transport als auch der Mechanismus von einem starken magnetoelektrischen Effekt in Co/PZT/LSMO Tunnelkontakten ausführlich analysiert. Als Endergebnis wurde ein möglicher Mechanismus für die Inversion des TMR Effektes vorgeschlagen.

In this work, electronic effects and tunneling phenomena at multiferroic oxide interfaces are studied using first-principle methods based on the density functional theory and the Landauer-Büttiker formalism. Such systems received much attention in recent years in view of the possibility to control the magnitude and even the sign of the tunneling magnetoresistance (TMR) by means of the ferroelectric polarization. In the first part, the emergence of a quasi-two-dimensional electron-gas behavior at the BaTiO3/SrTcO3 interface is investigated and the key factors for this phenomenon are determined. In the second part, the interplay between multiferroicity and spin transport as well as the origins of a particularly strong interfacial magnetoelectric effect are thoroughly analyzed for the Co/PZT/LSMO tunnel junctions. As a result, possible mechanism of the TMR inversion was proposed.