Magnetismus v nanostrukturovaných systémech na bázi uranu

• Název práce v češtině: Magnetismus v nanostrukturovaných systémech na bázi uranu
• Název v anglickém jazyce: Magnetism in nanostructured systems on the basis of Uranium
• Klíčová slova: aktinoidy, uran, magnetismus
• Klíčová slova anglicky: actinides, uranium, magnetism
• Akademický rok vypsání: 2019/2020
• Typ práce: disertační práce
• Ústav: Katedra fyziky kondenzovaných látek (32-KFKL)
• Vedoucí / školitel: doc. RNDr. Ladislav Havela, CSc.
• Konzultanti: doc. RNDr. Stanislav Daniš, Ph.D.

Zásady pro vypracování

5f elektrony jsou kritické pro vlastnosti slitin a intermetalických sloučenin lehkých aktinoidů. Stupeň jejich delokalizace rozhoduje o typu základního stavu, který může být např. magnetický nebo supravodivý. Tato delokalizace se může lišit mezi různými fázemi a může být také laděna vnějšími faktory. Dalším výrazným rysem
5f stavů je extrémně silná spin-orbitální interakce, svazující vodivostní elektrony s 5f magnetickými momenty, neboť 5f elektrony jsou zapojeny do kovové vazby. To vede k dramatickým magnetorezistivním jevům, perspektivním pro spintroniku. Cílem projektu je zaměřit se na možnosti, jež pro 5f systémy poskytují moderní technologie syntézy tenkých vrstev a rychle chlazených systémů. Projekt bude zaměřen na systémy na bázi uranu (jedná se o uran přírodní nebo ochuzený), který vstupuje do slitin či sloučenin, ve kterých se možnost magnetického uspořádání objevuje. Tento výzkumný projekt bude převážně experimentální, koncentrující se na syntézu vybraných materiálů na bázi uranu, jako jsou hydridy, a to jak ve formě masivních materiálů, tak fólií připravených ultrarychlým chlazením, či jako tenké vrstvy připravené naprašováním. Fáze syntézy bude následována strukturní analýzou (především pomocí rentgenové difrakce) a studiem vlastností magnetických, transportních (elektrický odpor, Hallův jev, termosíla), a termodynamických (tepelná kapacita) do velmi nízkých teplot. Tento výzkum přispěje k objasnění důležitých detailů chování 5f elektronů na pomezí lokalizace. Výsledkem budou publikace v prestižních fyzikálních časopisech a prezentace na mezinárodních konferencích.
Předpokládané znalosti:
Práce je vhodná pro absolventy magisterského studia jak fyzikálních tak chemických oborů. Zásadní je znalost základů kvantové mechaniky a fyziky pevných látek, stejně jako aktivní znalost anglického jazyka. Výhodou je znalost metod rentgenové difrakce.

Seznam odborné literatury

Dle dohody se školitelem.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

5f electrons in light actinides are critical for properties of alloys and intermetalic compounds. Their degree of delocalization can decide about the ground-state type, which can be for example magnetic or superconducting. The 5f delocalization can be different between different phases and can be tuned by external factors. Another characteristic feature of the 5f states is very strong spin-orbit interaction, coupling the conduction electrons with 5f magnetic moments, as the 5f electrons take part in the metallic bond. This leads to dramatic magnetoresistance phenomena, interesting for spintronics. The goal of the project is to focus on possibilities provided for ther 5f systems by modern technologies of thin film synthesis and rapid solidification. The project will deal with uranium-based systems (natural or depleted uranium), entering compounds or alloys, where magnetic ordering can appear. The work will be mostly experimental, concentrating on syntesis of U-based systems as hydrides, in the form of bulk, foils prepared by ultrafast cooling, and sputter deposited thin films. The synthesis will be followed by structure analysis (mainly using X-ray diffraction), and studies of magnetic, transport (electrical resistivity, Hall effect, thermopower), and thermodynamic (heat capacity), down to very low temperatures. The work should elucidate important details about the 5f electron at the verge of localization. It should lead to publications in prominent journals and to presentations at international research conferences.
Pre-existing knowledge:
The project is suitable for students having a Master degree in physics or chemistry. As a pre-requisite, it requires knowledge of foundations of quantum mchanics and quantum theory of solids. A good command of English is highly desirable. Experience with basic electronics, experiment control, and X-ray diffraction methods is an advantage.