Silná spin-orbitální interakce v pyrochlorech R2T2O7
| Thesis title in Czech: | Silná spin-orbitální interakce v pyrochlorech R2T2O7 |
|---|---|
| Thesis title in English: | A strong spin-orbit coupling in R2T2O7 pyrochlores |
| Key words: | pyrochlory, magnetismus |
| English key words: | pyrochlores, magnetism |
| Academic year of topic announcement: | 2018/2019 |
| Thesis type: | Bachelor's thesis |
| Thesis language: | |
| Department: | Department of Condensed Matter Physics (32-KFKL) |
| Supervisor: | prof. Mgr. Pavel Javorský, Dr. |
| Author: | |
| Advisors: | RNDr. Milan Klicpera, Ph.D. |
| Guidelines |
| 1.Studium odborné literatury související s tématem práce.
2.Strukturní a chemická charakterizace připravených pyrochlor-oxidů. 3.Měření a analýza objemových vlastností vybraných sloučenin. 4.Sumarizace výsledků a diskuze obecnějších souvislostí se studovanou literaturou. |
| References |
| články v odborné literatuře, např.
J.S. Gardner, M.J.P. Gingras, J.E. Greedan, Review of Modern Physics 82 (2010). J.E. Greedan, Journal of Alloys and Compounds 408–412 (2006) 444–455. W. Witczak-Krempa, G. Chen, Y.B. Kim, L. Balents, Correlated quantum phenomena in the strong spin-orbit regime, ArXiv (2014). Y. Yamagi, M. Imada, Physica Review X 4 (2014) 021035. |
| Preliminary scope of work |
| Pyrochlory R2T2O7, kde R = vzácná zemina a T = d-kov (v rámci naší práce 5d), patří mezi intenzívně studované sloučeniny pro své často složité a exotické fyzikální vlastnosti. Především kontrola spinových proudů v materiálu užitím proudění náboje (spinový Hallův jev) nebo naopak (inverzní spinový Hallův jev) je přirozeně velmi zajímavá pro technické aplikace. Nezbytným předpokladem pro existenci takových jevů je přítomnost silné spin-orbitální interakce (SOI) v materiálu. SOI je relativistický jev související se vzájemným působením spinového a orbitálního momentu elektronu v atomu. SOI je považována za slabou poruchu v lehkých prvcích, nicméně se stává silnější s rostoucím atomovým číslem (jako Z4). V prvcích s 5d elektrony dosahuje stejného významu jako elektronové korelace, což vede k celé řadě exotických fyzikálních jevů: axion izolátory, Weylovy polokovy, topologické Mottovy izolátory, frustrované a složité magnetické struktury nebo spinové kapaliny.
Navrhovaná práce zahrnuje přípravu vzorků, jejich strukturní a fázovou analýzu a studium jejich objemových vlastností za použití řady experimentálních technik dostupných na Katedře kondenzovaných látek. Výsledky práce se stanou součástí širšího výzkumu pyrochlorů R2T2O7; v dalších letech plánujeme navázat na dosažené výsledky experimenty s využitím rozptylu synchrotronového záření a neutronů. Studium magnetických struktur, magnetických excitací a spin-orbitální interakce ve sloučeninách R2T2O7 tvoří hlavní cíl práce, jež by měla přispět k lepšímu pochopení mikroskopických mechanizmů stojících za pozorovaným chováním. |
| Preliminary scope of work in English |
| R2T2O7 pyrochlores, where R = rare-earth and T = d-element (particularly 5d-element), belong among the intensively studied compounds for their frequently exotic physical properties. Especially, the control of a spin current in material via charge current (spin Hall effect, SHE) or vice versa (inverse SHE, ISHE) is naturally attractive to technical applications. A necessary prerequisite for such effects is the presence of strong spin-orbit coupling (SOC) in the material. SOC is a relativistic effect providing the interaction between electron spin and orbital angular momentum in the atom. It is considered a small perturbation in light elements, but rapidly becomes stronger with increasing atomic number of the element (Z4). Consequently, both the SOC and electron correlations are expected to have similar strength in 5d elements, which leads to a spectrum of new exotic physical phenomena: axion insulator, Weyl semi-metal, topological Mott insulator, frustrated and complex magnetic structures or spin-liquid state.
The suggested work includes sample preparation, their structural and phase characterization and investigation of bulk properties using a large number of experimental techniques used at the Department of Condensed Matter Physics. The thesis results will become the part of a broader research of R2T2O7 pyrochlores; the research will be complemented with synchrotron radiation and neutron scattering experiments in following years. The investigation of magnetic structures, magnetic excitations and spin-orbit coupling in R2T2O7 compounds forms the main goal of the work, which is supposed to bring a better understanding of the microscopic mechanisms leading to the observed behavior. |