Vliv dimenzionality na magnetismus van der Waalsovských materiálů

• Název práce v češtině: Vliv dimenzionality na magnetismus van der Waalsovských materiálů
• Název v anglickém jazyce: Effect of dimensionality on magnetism of 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: 2023/2024
• Typ práce: diplomová práce
• Ústav: Katedra fyziky kondenzovaných látek (32-KFKL)
• Vedoucí / školitel: doc. RNDr. Jiří Pospíšil, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 20.12.2023
• Datum zadání: 19.01.2024
• Datum potvrzení stud. oddělením: 19.01.2024

Zásady pro vypracování

Předmětem diplomové práce je studium magnetismu v magnetických vdW systémech jako funkce jejich dimensionality a proximitního efektu ve vyrobených heterostrukturách. Práce bude zaměřena na přípravu vzorků monovrstev vdW magnetů exfoliačními a chemickými depozičními technikami a pokročilou výrobu jejich heterostruktur. Předmětem práce také bude možnost indukce dalších feroických uspořádání pomocí vnějších parametrů (tahovým napětím a ohybem). Práce se bude skládat z těchto experimentálních kroků:
-příprava monokrystalických prekurzorů vdW magnetů CVT metodou
-příprava monovrstevných materiálů metodou exfoliace a CVD metodou + konstrukce vybraných heterostruktur
-studium vlastností vstupních krystalů klasickými objemovými metodami (RTG strukturní analýza, EDX chemická analýza,magnetometrie, termodynamické vlastnosti-měrná tepelná kapacita)
-charakterizace připravených materiálů mikroskopickými metodami (optická mikroskopie, AFM, magnetooptické metody, elipsometrie, magneto-transportní vlastnosti)
-studium magnetických excitací a magneto-elastické vazby spektroskopickýcmi metodami (IR, THz + Raman spektroskopie)
-studium magneto-elastické vazby metodou deformace dvojího typu, deformací mříže tahovým napětím na PDMS substrátu a ohybem na křemíkovém substrátu doplněné studiem indukce dalších feriockých uspořádání (feroelektricita, multiferioka)
-součástí práce je podíl na vývoji experimentálních metod přípravy monovrstevných materiálů a studia jejich vlastností
-analýza získaných experimentálních dat na úrovni magisterského studia programu Fyzika kondenzovaných soustav a materiálů

Podstatná část experimentů bude prováděna na domacím pracovišti Katedře fyziky kondenzovaných látek v rámci MGML infrastruktury, vybraná charakterizační měření budou realizována ve spolupráci s FZU AVČR.

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
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c09150
https://www.annualreviews.org/doi/10.1146/annurev-matsci-070214-020934
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36519735/
https://www.nature.com/articles/s41586-021-04337-x

Předběžná náplň práce

Nedávné práce v oblasti vdW magnetismu odhalily, že kromě silných nepřímých magnetických výměnných interakcí v rovině hraje důležitou roli mezivrstevná magnetická výměna přes slabé vdW vazby. Závislost magnetismu na počtu vrstev byla prokázána sérií prací nejlépe dokumentována antiferomagnetismem v dvojvrstvě CrI3 nebo silnou tlakovou odezvou na feromagnetický stav VI3, kde se Tc zdvojnásobí, když je aplikován dostatečný tlak. Podstatnou součástí vdW magnetismu je jeho dynamika reprezentovaná komplexními magnonovými excitacemi doprovázené silnou magneto-elastickou vazbou, která těsně spojuje magnetismus s krystalovou mřížkou. Předmětem diplomové práce je příprava dobře definovaných monovrstevných systémů magnetických systémů vdW exfoliační technikou a studium jejich magnetického stavu v závislosti na počtu vrstev. Vliv magnetoelastické vazby lze také dobře odhalit ohýbáním materiálu na Si substrátu nebo aplikací tahového napětí na PDMS substrátu. Navíc, deformace mřížky může vést k vymizení inverzní symetrie a mohou se objevit nové feroické stavy (feroelektricita). vdW multiferoika jsou považována za pokročilé stavební bloky pro konstrukci nových elektronických zařízení. Dualita multiferoik potenciálně nabízí ukládání dat a zpracování informací díky různým magnetoelektrickým a magnetooptickým vlastnostem jednotlivých vrstev. V současné době jsou horkými kandidáty di- a trihalogenidy přechodných kovů, CrSBr, CuCrS2P6 a případně další materiály, které se nově objevují v této rychle se rozvíjející oblasti fyziky.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

The recent works in the field of vdW magnetism have revealed that besides the strong in-plane indirect magnetic exchange interactions the interlayer magnetic exchange via the weak vdW bonds plays an important role. It was demonstrated in a series of studies of the number of layers-dependent magnetism well documented by antiferromagnetism in the bilayer of CrI3 or strong pressure response on ferromagnetic state VI3 where Tc doubles when sufficient pressure is applied. A substantial part of the vdW magnetism is its dynamic projected to complex magnon excitations accompanied by the strong magneto-elastic coupling which tightly connects the magnetism with the crystal lattice. The subject of the thesis is the preparation of well-defined monolayer systems of vdW magnetic systems by exfoliation technique and the study of their magnetic state as a function of the number of layers. The effect of magnetoelastic coupling can be also well revealed by bending the material on the Si substrate or by application of the tensile strain on the PDMS substrate. Moreover, the deformation of the lattice can lead to the inversion symmetry braking and new ferroic orders (ferroelectricity) can appear. The multiferroic oic vdW systems are considered versatile building blocks for the construction of new electronic devices. Multiferroicity duality potentially enriches the freedom of layer-resolved data storage and information processing due to the diverse magnetoelectric and magneto-optic properties of constituent layers. Nowadays hot candidates are di- and trihalides of transition metals, CrSBr, CuCrS2P6 and other materials that can be involved based on the current state in this rapidly developing field of physics.