Nové jevy ve vrstevnatých 2D magnetikách
| Název práce v češtině: | Nové jevy ve vrstevnatých 2D magnetikách |
|---|---|
| Název v anglickém jazyce: | Emerging phenomena in layered 2D magnetics |
| Klíčová slova: | magnetismus|van der Waals|monokrystal|anizotropie |
| Klíčová slova anglicky: | magnetism|van der Waals|single crystal|anisotropy |
| Akademický rok vypsání: | 2022/2023 |
| Typ práce: | disertační práce |
| Jazyk práce: | čeština |
| Ústav: | Katedra fyziky kondenzovaných látek (32-KFKL) |
| Vedoucí / školitel: | doc. RNDr. Jiří Pospíšil, Ph.D. |
| Řešitel: | skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd. |
| Datum přihlášení: | 07.09.2023 |
| Datum zadání: | 07.09.2023 |
| Datum potvrzení stud. oddělením: | 04.10.2023 |
| Konzultanti: | prof. RNDr. Vladimír Sechovský, DrSc. |
| Zásady pro vypracování |
| The applicant's experimental efforts will combine the well-controlled preparation and characterization of the high-quality single crystal of already known materials as well as a strong effort to survey and synthesize new magnetic layered, particularly vdW materials with new electron phenomena. The applicant will exploit the broad spectrum of bulk experimental techniques which will be fully available in-house in the DCMP and MGML facility (see mgml.eu). A deeper understanding of the measured results will be possible due to ab-initio calculations with support by the consultant K. Carva.
The applicant will be involved in scientific project solutions in the home department. In this respect, her/his active participation in experiments in large scientific facilities is expected (synchrotron, neutron diffraction, pulsed-field experiments, various spectroscopy methods-Raman, IR, THz…..) based on accepted experimental proposals or in cooperation with the other partnership scientific groups in the Czech Republic and also in abroad. Expected minimal knowledge The expected minimal knowledge of the applicant: -Concepts of magnetism -Condensed matter physics -General work skills in physical and chemistry laboratories |
| Seznam odborné literatury |
| Scientific journals available via faculty library. |
| Předběžná náplň práce |
| Nedávný objev dvourozměrných (2D) van der Waalsovských (vdW) magnetů nabízí jedinečné příležitosti pro výzkum nízkorozměrného magnetismu a vývoj nových magnetoelektrických, magnetooptických a spintronických zařízení.
Feromagnetické uspořádání bylo experimentálně potvrzeno v různých vdW materiálech až do limitu monovrstvy např. ve Fe3GeTe2 nebo v trihalogenidech přechodných kovů CrI3, VI3; antiferomagnetismus byl nalezen u FePS3, NiPS3 a MnPS3 [1]. Zejména halogenidy vanadu VX3, kde se vyskytuje jak feromagnetické i antiferomagnetické uspořádání, vykazují silnou mimorovinnou anizotropii a složité magnetické struktury [2-4]. Navíc byl ve VI3 detekován THz magnon [5]. Složitá rovnováha komplexních inter- a intra-vrstevných výměnných interakcí ve vdW materiálech se odráží v magnetickém základním stavu CrI3- monovrstva se uspořádává feromagneticky, zatímco dvojvrstva antiferomagneticky[6]. V antiferomagnetickém polovodiči CrSBr byla zjištěna hodnota pole-indukovaného spin-flop přechodu závislá na počtu vrstev[7]. Feroelektrický (FE) stav v limitu monovrstvy byl experimentálně potvrzen v MoTe2, In2Se3, SnS, a to i při pokojové teplotě [8-10]. Je přirozené se ptát, zda vdW materiál: a) Může současně hostit elektrické i magnetické uspořádání?; b) Může vykazovat multiferoické chování, aby přežilo v limitu atomové tloušťky? Multiferoické chování bylo nedávno experimentálně prokázáno např. u NiI2 [11]. 2D materiály s laditelnou magnetoelektrickou vazbou by mohly nabídnout novou platformu pro kontinuální ladění multiferoických systémů směrem ke kvantově kritickému chování [12]. [1] J.-U. Lee, S. Lee, J.H. Ryoo, S. Kang, T.Y. Kim, P. Kim, C.-H. Park, J.-G. Park, H. Cheong, Nano Letters, 16 (2016) 7433-7438, https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6b03052. [2] A. Koriki, M. Míšek, J. Pospíšil, M. Kratochvílová, K. Carva, J. Prokleška, P. Doležal, J. Kaštil, S. Son, J.-G. Park, V. Sechovský, Physical Review B, 103 (2021) 174401, https://doi.org/10.1103/PhysRevB.103.174401. [3] M. Kratochvílová, P. Doležal, D. Hovančík, J. Pospíšil, A. Bendová, M. Dušek, V. Holý, V. Sechovský, Journal of Physics: Condensed Matter, 34 (2022) 294007, https://doi.org/10.1088/1361-648x/ac6d38. [4] J. Valenta, M. Kratochvílová, M. Míšek, K. Carva, J. Kaštil, P. Doležal, P. Opletal, P. Čermák, P. Proschek, K. Uhlířová, J. Prchal, M.J. Coak, S. Son, J.-G. Park, V. Sechovský, Physical Review Materials, 103 (2021) 054424, https://doi.org/10.1103/PhysRevB.103.054424. [5] D. Hovančík, arXiv:2209.03725, (2022), https://doi.org/10.48550/arxiv.2209.03725. [6] B. Huang, G. Clark, E. Navarro-Moratalla, D.R. Klein, R. Cheng, K.L. Seyler, D. Zhong, E. Schmidgall, M.A. McGuire, D.H. Cobden, W. Yao, D. Xiao, P. Jarillo-Herrero, X. Xu, Nature, 546 (2017) 270-273, https://doi.org/10.1038/nature22391. [7] C. Ye, C. Wang, Q. Wu, S. Liu, J. Zhou, G. Wang, A. Söll, Z. Sofer, M. Yue, X. Liu, M. Tian, Q. Xiong, W. Ji, X. Renshaw Wang, ACS Nano, (2022), https://doi.org/10.1021/acsnano.2c01151. [8] N. Higashitarumizu, H. Kawamoto, C.-J. Lee, B.-H. Lin, F.-H. Chu, I. Yonemori, T. Nishimura, K. Wakabayashi, W.-H. Chang, K. Nagashio, Nature Communications, 11 (2020), https://doi.org/10.1038/s41467-020-16291-9. [9] S. Yuan, X. Luo, H.L. Chan, C. Xiao, Y. Dai, M. Xie, J. Hao, Nature Communications, 10 (2019), https://doi.org/10.1038/s41467-019-09669-x. [10] F. Xue, W. Hu, K.C. Lee, L.S. Lu, J. Zhang, H.L. Tang, A. Han, W.T. Hsu, S. Tu, W.H. Chang, C.H. Lien, J.H. He, Z. Zhang, L.J. Li, X. Zhang, Advanced Functional Materials, 28 (2018) 1803738, https://doi.org/10.1002/adfm.201803738. [11] H. Ju, Y. Lee, K.-T. Kim, I.H. Choi, C.J. Roh, S. Son, P. Park, J.H. Kim, T.S. Jung, J.H. Kim, K.H. Kim, J.-G. Park, J.S. Lee, Nano Letters, 21 (2021) 5126-5132, https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c01095. [12] A. Narayan, A. Cano, A.V. Balatsky, N.A. Spaldin, Nature Materials, 18 (2019) 223-228, https://doi.org/10.1038/s41563-018-0255-6. |
| Předběžná náplň práce v anglickém jazyce |
| The recent discovery of two-dimensional (2D) magnets offers unique opportunities for the exploration of low-dimensional magnetism and the development of novel magnetoelectric, magneto-optic, and spintronic devices.
Intrinsic ferromagnetic order has been experimentally confirmed in various materials down to the monolayer limit like Fe3GeTe2, and particularly transition-metal trihalides CrI3, VI3; antiferromagnetic order has been found in FePS3, NiPS3, and MnPS3 [1]. Particularly the vanadium trihalides VX3, where both ferromagnetic and antiferromagnetic order is present, show strong out-of-plane anisotropy and complex magnetic structures [2-4]. Moreover, a THz magnon was detected in VI3 [5]. The competition of the complex inter- and intra-layer exchange interactions in vdW materials is reflected in the magnetic ground state of CrI3- single layer preserves ferromagnetic order while bilayer orders antiferromagnetically [6]. The layer-dependent value of the field-induced spin-flop transition was found in the antiferromagnetic semiconductor CrSBr [7]. Ferroelectric (FE) state in the monolayer limit has been experimentally confirmed in MoTe2, In2Se3, SnS, even at room temperature [8-10]. It is natural to raise questions about whether a vdW material: a) Can host both electric and magnetic orders simultaneously?; b) Can exhibit multiferroic behavior to survive in the atomic thickness limit? The multiferroic behavior has recently been experimentally proven, e.g., in NiI2 [11]. 2D materials with gate-tuneable magnetoelectric coupling might offer a new platform for continuous tuning of multiferroic systems towards quantum critical behavior [12]. [1] J.-U. Lee, S. Lee, J.H. Ryoo, S. Kang, T.Y. Kim, P. Kim, C.-H. Park, J.-G. Park, H. Cheong, Nano Letters, 16 (2016) 7433-7438, https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6b03052. [2] A. Koriki, M. Míšek, J. Pospíšil, M. Kratochvílová, K. Carva, J. Prokleška, P. Doležal, J. Kaštil, S. Son, J.-G. Park, V. Sechovský, Physical Review B, 103 (2021) 174401, https://doi.org/10.1103/PhysRevB.103.174401. [3] M. Kratochvílová, P. Doležal, D. Hovančík, J. Pospíšil, A. Bendová, M. Dušek, V. Holý, V. Sechovský, Journal of Physics: Condensed Matter, 34 (2022) 294007, https://doi.org/10.1088/1361-648x/ac6d38. [4] J. Valenta, M. Kratochvílová, M. Míšek, K. Carva, J. Kaštil, P. Doležal, P. Opletal, P. Čermák, P. Proschek, K. Uhlířová, J. Prchal, M.J. Coak, S. Son, J.-G. Park, V. Sechovský, Physical Review Materials, 103 (2021) 054424, https://doi.org/10.1103/PhysRevB.103.054424. [5] D. Hovančík, arXiv:2209.03725, (2022), https://doi.org/10.48550/arxiv.2209.03725. [6] B. Huang, G. Clark, E. Navarro-Moratalla, D.R. Klein, R. Cheng, K.L. Seyler, D. Zhong, E. Schmidgall, M.A. McGuire, D.H. Cobden, W. Yao, D. Xiao, P. Jarillo-Herrero, X. Xu, Nature, 546 (2017) 270-273, https://doi.org/10.1038/nature22391. [7] C. Ye, C. Wang, Q. Wu, S. Liu, J. Zhou, G. Wang, A. Söll, Z. Sofer, M. Yue, X. Liu, M. Tian, Q. Xiong, W. Ji, X. Renshaw Wang, ACS Nano, (2022), https://doi.org/10.1021/acsnano.2c01151. [8] N. Higashitarumizu, H. Kawamoto, C.-J. Lee, B.-H. Lin, F.-H. Chu, I. Yonemori, T. Nishimura, K. Wakabayashi, W.-H. Chang, K. Nagashio, Nature Communications, 11 (2020), https://doi.org/10.1038/s41467-020-16291-9. [9] S. Yuan, X. Luo, H.L. Chan, C. Xiao, Y. Dai, M. Xie, J. Hao, Nature Communications, 10 (2019), https://doi.org/10.1038/s41467-019-09669-x. [10] F. Xue, W. Hu, K.C. Lee, L.S. Lu, J. Zhang, H.L. Tang, A. Han, W.T. Hsu, S. Tu, W.H. Chang, C.H. Lien, J.H. He, Z. Zhang, L.J. Li, X. Zhang, Advanced Functional Materials, 28 (2018) 1803738, https://doi.org/10.1002/adfm.201803738. [11] H. Ju, Y. Lee, K.-T. Kim, I.H. Choi, C.J. Roh, S. Son, P. Park, J.H. Kim, T.S. Jung, J.H. Kim, K.H. Kim, J.-G. Park, J.S. Lee, Nano Letters, 21 (2021) 5126-5132, https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c01095. [12] A. Narayan, A. Cano, A.V. Balatsky, N.A. Spaldin, Nature Materials, 18 (2019) 223-228, https://doi.org/10.1038/s41563-018-0255-6. |