Magnetic Phases of Rare Earth Hexagonal Manganites

We describe the magnetic phases of hexagonal rare earth manganites RMnO3 using Landau theory. A minimal model based on four one-dimensional magnetic order parameters is developed.Comment: 2 Pages, Proceedings of SCES'0

Novel Field-Induced Phases in HoMnO3 at Low Temperatures

The novel field-induced re-entrant phase in multiferroic hexagonal HoMnO3 is investigated to lower temperatures by dc magnetization, ac susceptibility, and specific heat measurements at various magnetic fields. Two new phases have been unambiguously identified below the Neel transition temperature, TN=76 K, for magnetic fields up to 50 kOe. The existence of an intermediate phase between the P[6]_3[c]m and P[6]_3c[m] magnetic structures (previously predicted from dielectric measurements) was confirmed and the magnetic properties of this phase have been investigated. At low temperatures (T<5 K) a dome shaped phase boundary characterized by a magnetization jump and a narrow heat capacity peak was detected between the magnetic fields of 5 kOe and 18 kOe. The transition across this phase boundary is of first order and the magnetization and entropy jumps obey the magnetic analogue of the Clausius-Clapeyron relation. Four of the five low-temperature phases coexist at a tetracritical point at 2 K and 18 kOe. The complex magnetic phase diagram so derived provides an informative basis for unraveling the underlying driving forces for the occurrence of the various phases and the coupling between the different orders.Comment: 14 pages, 14 figure

Többváltozós Lagrange interpolációs polinom előállítása és ábrázolása párhuzamos programmal

Többváltozós Lagrange interpolációs polinom előállítása és ábrázolása párhuzamos programmal, képnagyításra használva, Opencv és Cuda segítségével

Verbesserung der Kontrasteigenschaften von Gd-hältigen PLGA-Nanopartikeln für die Magnetresonanztomografie durch verschiedene Aminospacer und Komplexbildner

Im Rahmen dieser Diplomarbeit konnte erstmals gezeigt werden, dass PLGA-Nanopartikel mit Gadoliniumkomplexen für die Kontrastverstärkung von Bildschnitten der Magnetresonanztomografie beladen werden konnten. Zur Modifizierung der Partikeloberflächen wurden drei verschiedene Aminospacer, Tetramethylendiamin, 1,8-Diaminooctan und Polyethylenimin (PEI) sowie die Komplexbildner 1,4,7,10-Tetra-azacyclododecan-1,4,7,10-tetraessigsäure (DOTA) und Diethylentriaminopentaessigsäure (DTPA) eingesetzt, die stabile Chelate mit dreiwertigen Gadoliniumionen ausbilden, um schwerwiegende Nebenwirkungen durch freies, toxisches Gadolinium zu vermeiden. Bei der ersten Methode - in der vorliegenden Arbeit als „Zweischrittmethode“ bezeichnet – wurden die PLGA-Nanosphären zuerst mit der Aminokomponente (Tetramethylendiamin, Octamethylendiamin oder PEI), danach mit den Komplexbildnern DOTA-NHS oder DTPABA konjugiert und schließlich mit Gadolinium beladen. Bei der „Einschrittmethode“ wurde zunächst DOTA-NHS mit PEI konjugiert. Dieses Konjugat wurde anschließend an die Nanopartikeloberfläche gebunden und die modifizierten Partikel zuletzt mit Gadolinium beladen. Bei einer weiteren Methode, der sogenannten „alternativen“ Kopplungsmethode, sollte zuerst der Spacer mit dem Komplexbildner konjugiert, das Konjugat mit Gadolinium beladen und dieser MRI-funktionelle Ligand an die Partikeloberfläche gekoppelt werden. Die Ergebnisse zeigen jedoch, dass diese Vorgangsweise nicht zielführend ist. Der Vergleich der Charakteristika der Nanopartikel, die nach der Ein- und Zweischrittmethode hergestellt wurden, zeigt kaum Unterschiede im Durchmesser, Polydispersitätsindex und Zetapotential der Nanopartikel. Im Vergleich zur Einschrittmethode konnte mit der Zweischrittmethode sogar die dreifache Gadoliniummenge an die Partikel gebunden werden. Zusätzlich zeigen die Ergebnisse der Zweischrittmethode, dass die Wahl des Spacers für die Gadoliniumbelastung und damit für die Kontrastverstärkung entscheidend ist: Die Bestimmung des Gadoliniumgehaltes mittels ICP-OES und des PLGA-Gehaltes mittels HPLC ergibt, dass PEI zu bis zu 250 fach höheren Konzentrationen (Gd-DTPA-PEI 215µg Gadolinium/mg PLGA, Gd-DOTA-PEI 147µg Gadolinium/mg PLGA) an assoziiertem Gadolinium verglichen mit den beiden anderen Spacern Octamethylendiamin(Gd-DTPA-OMD 1µg Gadolinium/mg PLGA, Gd-DOTA-OMD 1µg Gadolinium/mg PLGA) und Tetramethylendiamin (Gd-DTPA-TMD 0,2µg Gadolinium/mg PLGA , Gd-DOTA-TMD 0,3µg Gadolinium/mg PLGA) führt. Die hohe Gadolimnium-Beladung von PEI beruht auf den sieben primären Aminogruppen des stark verzweigten Moleküls, sodass nach Kopplung an die Oberfläche des Nanopartikels immer noch 6 freie Aminogruppen für die Bindung des Komplexbildners zur Verfügung stehen. Darüber hinaus zeigten diese Gd-Nanopartikel auch besonders hohe T1-Relaxationszeiten und damit MRI-Kontrastverstärkung (Publikation Seite 32). Im Gegensatz dazu sind Octamethylendiamin und Tetramethylendiamin sind unverzweigt und bifunktionell, sodass nach Kopplung an die Partikeloberfläche jeweils nur eine Aminogruppe für die Bindung des Komplexbildners zur Verfügung steht. Zusätzlich besitzen PEI-funktionalisierte Nanopartikel eine weitaus geringer negative Oberflächenladung als Octamethylendiamin- oder Tetramethylendiamin-assoziierte Partikel. Je negativer diese Oberfläche geladen ist, desto stabiler ist die Partikelsuspension, da sich die einzelnen Partikel stärker von einander abstoßen und daher nicht aggregieren. Die modifizierten Nanopartikel besitzen eine enge Größenverteilung im Bereich von 150nm bis 200nm (Abbildungen in der Publikation auf Seite 28) und wurden mittels Dynamic Light Scattering und cryo-TEM charakterisiert

Incompatible Magnetic Order in Multiferroic Hexagonal DyMnO3

Magnetic order of the manganese and rare-earth lattices according to different symmetry representations is observed in multiferroic hexagonal (h-) DyMnO$_3$ by optical second harmonic generation and neutron diffraction. The incompatibility reveals that the 3d-4f coupling in the h-$R$MnO$_3$ system ($R$ = Sc, Y, In, Dy - Lu) is substantially less developed than commonly expected. As a consequence, magnetoelectric coupling effects in this type of split-order parameter multiferroic that were previously assigned to a pronounced 3d-4f coupling have now to be scrutinized with respect to their origin

Collective magnetism at multiferroic vortex domain walls

Topological defects have been playgrounds for many emergent phenomena in complex matter such as superfluids, liquid crystals, and early universe. Recently, vortex-like topological defects with six interlocked structural antiphase and ferroelectric domains merging into a vortex core were revealed in multiferroic hexagonal manganites. Numerous vortices are found to form an intriguing self-organized network. Thus, it is imperative to find out the magnetic nature of these vortices. Using cryogenic magnetic force microscopy, we discovered unprecedented alternating net moments at domain walls around vortices that can correlate over the entire vortex network in hexagonal ErMnO3 The collective nature of domain wall magnetism originates from the uncompensated Er3+ moments and the correlated organization of the vortex network. Furthermore, our proposed model indicates a fascinating phenomenon of field-controllable spin chirality. Our results demonstrate a new route to achieving magnetoelectric coupling at domain walls in single-phase multiferroics, which may be harnessed for nanoscale multifunctional devices.Comment: 18 pages, 10 figure