Physical and Chemical properties of perovskite surfaces
| Thesis title in Czech: | Physical and Chemical properties of perovskite surfaces |
|---|---|
| Thesis title in English: | Physical and Chemical properties of perovskite surfaces |
| Academic year of topic announcement: | 2020/2021 |
| Thesis type: | dissertation |
| Thesis language: | angličtina |
| Department: | Department of Surface and Plasma Science (32-KFPP) |
| Supervisor: | doc. Mgr. Martin Setvín, Ph.D. |
| Author: | hidden - assigned and confirmed by the Study Dept. |
| Date of registration: | 06.10.2020 |
| Date of assignment: | 06.10.2020 |
| Confirmed by Study dept. on: | 06.10.2020 |
| Guidelines |
| Perovskity (strukturní vzorec ABO3 [1]) jsou v současnosti v popředí zájmu v materiálovém výzkumu díky jejich slibným vlastnostem pro katalýzu [2], fotokatalýzu [3], elektroniku [4] nebo spintroniku. Název perovskit pod sebou skrývá širokou skupinu materiálů obsahující stovky stabilních konfigurací, a to díky značné volnosti v kombinaci kationtů A a B a možnosti dopování materiálu na všech třech pozicích (A,B,O). Pochopení povrchů perovskitů představuje značnou výzvu pro náš obor především díky přítomnosti tří elementů v objemu a následnému komplexnímu chování povrchů.
Tato práce je zaměřena na nerekonstruované (bulk-terminated) povrchy perovskitů odvozených od titanu a tantalum (například KTaO3, KNbO3, SrTiO3 and BaTiO3). Spolehlivá metoda přípravy těchto povrchů byla objevena v průběhu posledních let [5,6] a ukázalo se, že kombinovaná mikroskopie atomárních sil a rastrovací tunnelová mikroskopie (AFM/STM) je klíčem k jejich charakterizaci na atomární úrovni. Kombinované AFM/STM [7] bude doplněno ostatními metodami fyziky povrchů, například LEED, XPS, a LEIS. Hlavním zaměřením práce jsou feroelektrické vlastnosti [8] těchto materiálů a možnosti využití této vlastnosti pro generaci obnovitelných paliv pomocí fotokatalytického a pyrokatalitického jevu. V průběhu studia je možnost strávit 6-12 měsíců v zahraničí (například u spolupracovníků v Rakousku, Německu nebo Japonsku). Práce je financována doktorským stipendiem plus 70% pracovním úvazkem placeným z projektu. |
| References |
| [1] R. E. Schaak and T. E. Mallouk, Chem. Mater. 14, 1455 (2002)
[2] S. Royer, D. Duprez, F. Can, X. Courtois, C. Batiot-Dupeyrat, S. Laassiri, and H. Alamdari, Chem. Rev. 114, 10292−10368 (2014) [3] E. Grabowska, Appl. Cat. B: Environmental 186, 97 (2016) [4] A. F. Santander-Syro et al., Nature 469, 189 (2011) [5] M. Setvin, M. Reticcioli, F. Poelzleitner, J. Hulva, M. Schmid, L. A. Boatner, C. Franchini, and U. Diebold, Science 359, 572 (2018) [6] I. Sokolovic, M. Schmid, U. Diebold, and M. Setvin, Phys. Rev. Mater. 3, 034407 (2019) [7] F. J. Giessibl, Rev. Sci. Instr. 90, 011101 (2019) [8] R. E. Cohen, Nature 358, 136 (1992) |
| Preliminary scope of work in English |
| Perovskites (chemical formula ABO3 [1]) are currently at the forefront of interest in materials research because of their wide applicability in catalysis [2], photocatalysis [3], electronics [4] or spintronics. The class of perovskites contains hundreds of stable materials thanks to the wide choice of A and B cations and further possibilities of doping at all three sites. The surface science of perovskites represents a major challenge mainly due to the ternary composition of the bulk material and consequent complex behaviour of their surfaces.
The focus of this PhD thesis are bulk-terminated surfaces of perovskites from the class of titanates and tantalates (for example KTaO3, KNbO3, SrTiO3 and BaTiO3). A successful preparation of this surface termination has been reported just recently [5,6] and the combined atomic force microcopy/scanning tunnelling microscopy has proven as an invaluable tool for characterization of these surfaces at the atomic scale. The AFM/STM [7] will be supplemented by integral analysis techniques of surface science, such as LEED, XPS, and LEIS. A major aspect of the research will be ferroelectricity (spontaneous electric polarization) [8] often present in these materials, and the opportunities that ferroelectricity offers for production of renewable fuels (photocatalytic and pyrocatalytic effect). The candidate will be encouraged to spend at least 6 months abroad with one of our collaborators in Austria, Germany or Japan. The PhD position is funded with net salary 1000-1300 EUR. |