Výzkum elektronových jevů ve van der Waalsovských vrstevnatých materiálech

• Název práce v češtině: Výzkum elektronových jevů ve van der Waalsovských vrstevnatých materiálech
• Název v anglickém jazyce: Exploration of electronic phenomena in layerd van der Waals materials
• Klíčová slova: van der Waals interakce|magnetismus|vrstevnaté materály
• Klíčová slova anglicky: van der Waals interaction|magnetism|layered materials
• Akademický rok vypsání: 2024/2025
• Typ práce: bakalářská práce
• Ústav: Katedra fyziky kondenzovaných látek (32-KFKL)
• Vedoucí / školitel: doc. RNDr. Jiří Pospíšil, Ph.D.

Zásady pro vypracování

The subject of the work is to deepen very limited knowledge about the magnetism in the magnetic vdW systems in the bulk form as the precursor of the magnetism in the low-dimensional single-layer systems. The applicant will study how TC is modified among different vdW compounds (nowadays hot candidates - halides, chalcogenides) and thus possibly increase the highest achieved TC, which is the key parameter for future 2D-spintronic materials and applications.
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 synthesized new magnetic vdW materials. Besides standard magnetic and thermodynamic characterization, materials will be studied by unique angular-dependent magnetization measurements to reveal the basis of magnetic structure as well as the parameters and symmetry of the magnetocrystalline anisotropy.
A part of the work will include obtaining a large number of novel information about these systems from pressure experiments in which the magnetic properties can be studied as a function of structure and bond angles and length particularly in the direction of the weak vdW interaction. Simultaneously, we can exploit the broad spectrum of bulk experimental techniques which will be fully available in house institution and MGML facility.

Seznam odborné literatury

Aktuální on-line publikace a žurnály
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/inf2.12048
https://www.mdpi.com/2073-4352/7/5/121

Předběžná náplň práce

2D materiály vykazují širokou škálu elektronických vlastností a vysokým potenciál ve spintronice díky svým snadno laditelným fyzikálním vlastnostem. Spintronická zařízení využívající 2D materiály jsou však stále v přípravné fázi, což je způsobeno především absencí spontánního feromagnetického uspořádání dlouhého dosahu, které je pro spintronické aplikace klíčové. Možný výskyt feromagnetismu ve 2D materiálech a jejich bohaté elektrické a optické vlastnosti vytvářejí příležitosti nejen pro aplikace, ale i pro objevy na poli fundametnální fyziky, jako jsou kvantové jevy v nízkých teplotách. Současné vrstvené vdW materiály vykazují různé exotické fyzikální vlastnosti, jako jsou polovodiče s přímým zakázaným pásem v monovrstvě MoS2, supravodivost v MoS2 a atomové vrstvě NbSe2, robustní feroelektricita v atomové vrstvě SnTe a komplexní magnetické interakce. Bylo teoreticky předpovězeno, že pokud jev systému přítomna silná magnetická anizotropie, lze stabilizovat 2D feromagnetismus. Nedávno byl takto ferromagnetismu detekován experimentálně v monovrstvách Cr2Ge2Te6, CrI3 a VI3. Kritická teplota, nad kterou feromagnetismus mizí (TC), však zůstává, v dosud studovaných systémech, hluboko pod pokojovou teplotou, s výjimkou monovrstev VSe2. Posun TC výše je pro skutečné aplikace zásadní. TC závisí na výměnných interakcích, stabilitě magnetismu a jeho směr ve zmenšených rozměrech je řízen magnetickou anizotropií.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

2D materials have displayed a broad range of electronic properties and enormous potential in spintronic applications due to their highly tunable physical properties. However, spintronic devices using 2D materials are still in preliminary stage, which is due to the lack of presence of long-range ferromagnetic order that is crucial for spintronic applications. The possible appearance of ferromagnetism in 2D materials as well as their rich electrical and optical properties create opportunities not only for applications but for fundamental science discoveries like low-temperature quantum phenomena. Current layered vdW materials exhibit various exotic physical properties, such as enhanced direct-gap semiconductors in monolayer MoS2, superconductivity in MoS2 and atomic layer NbSe2, robust in-plane ferroelectricity in atomic-thick SnTe and complex magnetic interactions. When magnetic anisotropy is included, the 2D ferromagnetism can be stabilized. It has just recently been realized in monolayer Cr2Ge2Te6, CrI3 and VI3. The critical temperature above which ferromagnetism disappears (TC) remains below the room temperature in systems studied so far, except for the case of VSe2 monolayers, that however feature an in-plane spin orientation. Pushing the TC higher is crucial for real applications. The TC depends on the exchange interactions, stability of magnetism and its direction in reduced dimensions is controlled by the magnetic anisotropy.