Forschung: Skyrmionen in Multiferroika

GaV₄S₈ (GVS) ist ein multiferroischer Halbleiter mit gleichzeitig magnetischer und dielektri­scher Polarisation. Von zentralem Interesse ist die Kopplung dieser beiden Ordnungs­parameter insbesondere vor dem Hintergrund der strukturellen Jahn-Teller Verzerrung unterhalb von 42 K. Die magnetische Skyrmion-Phase (Fig. 1a),1b) ist entlang einer der 4 äquivalenten 〈111〉 Richtungen der quasi pseudokubischen Ein­heits­zelle im lakunaren Spinellgitter des GVS gepinnt. Die hier vorgestellten Untersuchungen analysieren die dielektrische (ferroelektrische) Antwort des GVS Systems bis hinunter zu 4 K, und vergleichen diese mit den magnetischen Messungen. Es zeigt sich, dass sowohl dielektrische Polarisation (Fig. 1c) als auch magnetische einfache Achse immer entlang der 〈111〉 Richtungen orientiert sind. Zudem ordnet sich die dielektrische Polarisation in Domänen von ~100 nm bis 1,2 µm Breite (Fig. 1c)1d), um so die elektrostatischen Kräfte zu minimieren. Damit entsteht eine Abfolge von ferroelastischen und ferroelektrischen Domänen (Fig. 1d), die maßgeblich auch die Korrelationslänge der magnetischen Phasen, z.B. die der Skyrmion-Phase, beschränken.

Á. Butykai, S. Bordács, I. Kézsmárki, V. Tsurkan, A. Loidl, J. Döring, P. Milde, S. C. Kehr, L. M. Eng,
Characteristics of ferroelectric-ferroelastic domains in Néel-type skyrmion host GaV₄S_8,
Sci. Rep. 7, 44663 (2017) (arXiv)