Strukturní (ne)stabilita a s ní spojené elektronové vlastnosti substituovaných A2B2O7 oxidů

• Název práce v češtině: Strukturní (ne)stabilita a s ní spojené elektronové vlastnosti substituovaných A2B2O7 oxidů
• Název v anglickém jazyce: Structural (in)stability and related electronic properties of substituted A2B2O7 oxides
• Akademický rok vypsání: 2024/2025
• Typ práce: disertační práce
• Ústav: Katedra fyziky kondenzovaných látek (32-KFKL)
• Vedoucí / školitel: RNDr. Milan Klicpera, Ph.D.

Zásady pro vypracování

- studium odborné literatury
- příprava polykrystalických a monokrystalických vzorků
- měření základních objemových vlastností
- měření mikroskopických vlastností

- study of scientific articles in international journals
- preparation of polycrystalline and single crystalline samples
- measurement of bulk material properties
- microscopic properties measurements

Seznam odborné literatury

články v odborné literature

scientific articles in international journals

Předběžná náplň práce

Kubické vzácno-zeminné oxidy A2B2O7, kde A značí vzácnou zeminu a B je přechodový kov nebo prvek z hlavní skupiny, jsou systematicky studovány pro jejich často exotické krystalografické a elektronové vlastnosti. V těchto materiálech byly pozorovány rozmanité základní stavy, magnetické structury, a předpovídané elektronové, magnetické a dokonce topologické vlastnosti určené vzájemným působením elektron-elektronových korelací a spin-orbitální interakce. Geometrická frustrace magnetických momentů na krystalografických pozicích A a/nebo B rovněž nabízí široké pole pro vědecká zkoumání těchto oxidů. A2B2O7 oxidy obecně krystalizují v kubické structure typu porušený-fluorit nebo pyrochlor, v závislosti zejména na vzájemné velikosti poloměrů iontů A a B. Symetrie mříže a okupace pozic silně ovlivňují elektronové vlastnosti A2B2O7 oxidů, zatímco systematické studie vlivu struktury, a zejména lokální struktury, na fyzikální vlastnosti chybí.
Disertační práce je zaměřena na studium krystalové struktury a lokální struktury oxidů z těžko-vzácnozeminné rodiny A2B2O7 a jejich elektronové vlastnosti. Zejména isoelektronové substituce nemagnetických prvků B (např. B = Ti, Zr, Hf) v daném vzácnozeminném analogu indukuje změnu (lokální) struktury z pyrochlorové do defektní fluoritové struktury – pravděpodobně spíše kontinuální změnu. Vývoj elektronových vlastností těchto substituovaných systémů je primárně způsoben změnou mříže a lokálního okolí A, což bylo postulováno/pozorováno – spíše než v čistých uspořádaných pyrochlorech – vést k neuspořádaností-indukovaným kvantovým-spinovým-kapalinám.
A2B2O7 oxidy byly často připraveny pouze ve formě polykrystalického prášku, zatímco studie na monokrystalech jsou nezbytné pro úplné odkrytí jejich často exotických vlastností. Zejména mikroskopické experimenty využívající rozptylu synchrotronového záření a neutronů se ukazují být nezbytné pro studium těchto materiálů. Tato práce sestává zejména z přípravy, charakterizace, detailního studia vlivu substituce ionů na pozici B na elektronové vlastnosti A2B2O7. Experimentální výsledky budou podpořeny teoretickými výpočty, a společně povedou k podstatnému pokroku v této aktuální problematice.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

Cubic rare-earth A2B2O7 oxides, with A standing for a rare-earth element and B for a transition metal or main block element, have been systematically studied for their frequently exotic crystallographic and electronic properties. Diverse ground states, magnetic structures, and predicted exciting electronic, magnetic, and even topological properties originating from a competition between electron-electron correlations and spin-orbit coupling have been repeatedly reported. The geometrical frustration of magnetic moments residing on the A and/or B crystallographic positions offers a playground for scientific investigations as well. The A2B2O7 oxides crystallize generally in cubic structure of defect-fluorite or pyrochlore type, depending mainly on the respective ionic radius of A and B elements. Both the lattice symmetry and site occupations significantly influence the electronic properties of the A2B2O7 oxides, while the systematic studies of the impact of structure and especially local structure on physical properties are missing.
The work is focused on a study of crystal structure and local structure of oxides from rare-earth A2B2O7 family and their electronic properties. In particular, isoelectronic substitutions of non-magnetic B elements (e.g. B = Ti, Zr, Hf) in specific rare-earth analogue are to induce a change of (local) structure from pyrochlore to defect-fluorite one – possibly rather continuous change. The evolution of electronic properties of these substituted systems is primarily driven by a change of lattice and local environment of A, which was postulated/observed – rather than in pure ordered pyrochlore – to lead to disorder-induced quantum-spin-liquid states.
A number of A2B2O7 oxides was synthesized in the form of polycrystalline powder only, whereas the studies on single crystals are crucial to fully uncover their frequently exotic properties. Especially microscopic experiments employing synchrotron radiation and neutron scattering have been shown to be essential for the study of A2B2O7 materials. The preparation, characterization, detailed investigation of an influence of ions substitutions on B position on their electronic properties form the content of this work. Experimental results will be supported by theoretical calculations, together leading to a substantial progress in the topical field.