Onderzoek Milorad Milosevic

Abstract

Recente observaties die mogelijk wijzen op de aanwezigheid van Bose-Einsteincondensatie en superfluïditeit van excitonen hebben enorme aandacht getrokken naar excitonische dubbellaag systemen. Een exciton-bilayer is een tweedimensionaal systeem met twee geleidende lagen, één gedoteerd met elektronen en de andere met elektronengaten, gescheiden door een paar nanometers. In het afgelopen decennium is er een inspanning geweest om superfluïde fasen in exciton-bilayers te vinden, en er zijn experimentele aanwijzingen van een superfluïde fase, maar tot op heden is het bewijs niet duidelijk. Het doel van dit project is om drie definitieve kenmerken van exciton-superfluiditeit te onderzoeken: identificatiemarker. 1) We stellen voor om voor het eerst de Josephson-effect in exciton-bilayers te gebruiken, in combinatie met Coulomb-drag, om superfluïditeit definitief te identificeren. 2) Het in kaart brengen van de collectieve modi in de verschillende fasen van het exciton-bilayersysteem bij verschillende temperaturen en dichtheden. Karakterisering van de excitatiespectra (i) in de exciton-superfluïde, (ii) exciton-normaalfluïde en (iii) ontkoppelde normaalfluïde fasen. 3) Onderzoek van het pseudogap als functie van temperatuur en dichtheid. Dit is een cruciale precursor van de superfluïde overgang bij hoge temperaturen. Dit inzicht zal een nieuwe theoretische basis bieden voor experimenten die tot doel hebben de verschillende fasen in het exciton-bilayersysteem in kaart te brengen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Milosevic Milorad
• Co-promotor: Neilson David
• Mandaathouder: Pascucci Filippo

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie van de gecondenseerde materie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Nanomaterialen zijn onmisbaar in verscheidene moderne technologieën die een invloed hebben op onze samenleving. Recent werd duidelijk dat de koppeling tussen nanomaterialen en licht veelbelovend is voor innovatieve ontwikkelingen die tot nieuwe toepassingen kunnen leiden op het gebied van energieopslag, fotoelektrochemische sensoren, fotovoltaïsche cellen, fotokatalyse, medicijnafgifte en andere. De succesvolle implementatie van deze koppeling in praktische toepassingen zal echter sterk afhangen van een grondig begrip van factoren die de structuur-eigenschap relatie beïnvloeden, zoals verbeterde stabiliteit, techno-economische performantie en invloed op het milieu. Het NANOlight-consortium heeft zich als een uniek en multidisciplinair platform gepositioneerd om deze cruciale uitdagingen aan te pakken. Het consortium brengt uitgebreide expertise op het gebied van nanowetenschap samen, waaronder de synthese van fotoactieve nanostructuren, geavanceerde elektronenmicroscopie en karakterisering met X-stralen, computationele materiaalwetenschap, toegepaste nano-engineering en techno-duurzaamheidsbeoordelingen. Door geavanceerde (3D) transmissieelektronenmicroscopie te combineren met geavanceerde lichtbronnen en in situ houders, streeft het consortium ernaar om de interactie tussen nanomaterialen en licht onder realistische condities te optimaliseren. Dergelijke experimenten zijn uiterst uitdagend, maar indien succesvol, zullen ze ongekende inzichten bieden in de fundamentele mechanismen die de interactie tussen licht en materie op nanoschaal bepalen. Door gebruik te maken van een synergetische aanpak streeft het consortium ernaar om een coherent begrip te verkrijgen van de manier waarop nanomaterialen licht absorberen, verstrooien, uitzenden of manipuleren. Deze fundamentele kennis zal een belangrijke rol spelen in het ontwikkelen en optimaliseren van toekomstige technologieën. Een dergelijk begrip is essentieel voor toepassingen waarin licht een faciliterende rol speelt of bij scenario's waarin licht de degradatie van het gedrag van nanomaterialen versnelt. Deze gebieden omvatten onder andere de plasmonische chiroptische nanopartikels voor vroegtijdige ziektedetectie, het overwinnen van de degradatie van pigmenten in kunstbehoud of (perovskiet) fotovoltaïsche nanomaterialen voor zonnecellen of X-stralendetectoren, plasmon-geactiveerde biosensoren en lichtgestuurde medicijnafgifte in nanogeneeskundige toepassingen, fotokatalytische waterstofproductie of CO2-conversie. Bovendien zal het consortium technisch-economische en milieubeoordelingen ontwikkelen bij lage TRL niveaus voor de beoogde nanotechnologische toepassingen met als doel veilige en duurzame technologische oplossingen te bevorderen. De doelstellingen van NANOlight sluiten uitstekend aan bij de duurzame onderzoeks- en innovatiedoelstellingen die door de EU naar voren zijn gebracht. Het onderzoek dat wordt uitgevoerd binnen het NANOlight consortium zal daarom de positie van UAntwerpen als een vooraanstaand centrum voor nanowetenschap op de Europese kaart versterken, en zal resulteren in verdere samenwerkingen op het gebied van nanotechnologie en gerelateerde technologieën.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Co-promotor: De Wael Karolien
• Co-promotor: Janssens Koen
• Co-promotor: Milosevic Milorad
• Co-promotor: Van Aert Sandra
• Co-promotor: Van Passel Steven
• Co-promotor: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project website

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het ontwerp van moderne supergeleidende geïntegreerde circuits is gebaseerd op gestapelde meerlaagse structuren. De prestaties van deze circuits worden momenteel geplaagd door gevangen magnetische flux. Wij stellen voor om voor het eerst meerlaagse supergeleidende structuren te ontwerpen, die individueel zijn gestructureerd met asymmetrische flux-pinningpotentialen. Dit prototypische ontwerp belooft gevangen flux uit de gehele meerlaag te kunnen elimineren. Om dit uitdagende probleem aan te pakken, zullen we grootschalige numerieke simulaties implementeren op basis van moleculaire dynamica en Ginzburg-Landau modellen, ondersteund door machine learning tools. Deze simulaties zullen de optimale experimentele structuren identificeren voor het meest effectief verwijderen van gevangen flux uit gestapelde meervoudige supergeleidende lagen. Die prototypestructuren, met de geïdentificeerde parameters, zullen vervolgens worden gefabriceerd en gekarakteriseerd via meerdere experimentele technieken.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Milosevic Milorad

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie van de gecondenseerde materie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Sinds de ontdekking van supergeleiding bij hoge temperaturen eind jaren tachtig hebben cuprate supergeleiders enorme aandacht genoten in de literatuur. Van één van dergelijke materialen, Bi2Sr2CaCu2O8+δ (BSCCO), is aangetoond dat het zijn supergeleidende toestand behoudt tot in de 2Dlimiet van een enkele monolaag, wat vervolgens kan worden gebruikt om functionele 2,5-dimensionale heterostructuren te ontwerpen. Dankzij de d-golf paringssymmetrie vertoont een gedraaide dubbellaag van BSCCO-monolagen bijvoorbeeld topologische supergeleiding met gebroken tijdomkeersymmetrie voor sommige specifieke waarden van de twisthoek, wat veelbelovend is voor de ontwikkeling van nieuwe supergeleidende apparaten voor toepassingen in geavanceerde communicatiesystemen en kwantumcomputers. Voorbij de 2D-limiet kunnen BSCCO-heterostructuren worden geconstrueerd om een supergeleidend diode-effect te vertonen tot een hoge kritische temperatuur, waardoor hun gebruik in andere fundamentele supergeleidende elektronica mogelijk wordt. Het overkoepelende thema van dit gezamenlijke doctoraat is het bieden van multischaalmodellering van geselecteerde supergeleidende elektronische apparaten, waarbij laatstgenoemde BSCCO-systemen onder invloed van aangelegd magnetisch veld en elektrische stroom het belangrijkste geselecteerde voorbeeld zijn voor het zes maanden durende onderzoeksverblijf van de student in Antwerpen. Dankzij de recent tot stand gekomen samenwerking in China en India hebben we toegang gekregen tot experimentele gegevens over 2,5D BSCCO-systemen. In dit project zullen deze gecombineerd worden met numeriek op maat gemaakte eigenschappen, gericht op het optimale ontwerp van geselecteerde elektronische apparaten.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Milosevic Milorad
• Mandaathouder: Rodrigues Cadorim Leonardo

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie van de gecondenseerde materie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het computationeel modelleren van materialen op nanoschaal, voornamelijk gebaseerd op discrete modellen (elektronisch/atomistisch/mesoscopisch), heeft zich het afgelopen decenium in sneltempo ontwikkeld. Echter hebben deze modellen hun weg nog niet gevonden naar de tool chain voor het ontwerpen van materialen en producten binnen de industrie. Industriële doeleinden vereisen namelijk snellere en meer betrouwbare methodes voor het modelleren van geavanceerde nanomaterialen en technologieën en voor het vinden van nieuwe toepassingen voor bestaande materialen. Dit onderzoeksnetwerk is dus georganiseerd rond het hoofddoel om interdisciplinair computationeel materiaalonderzoek naar een technologisch bruikbaar niveau te tillen door belangrijke spelers een platform aan te bieden waarop expertise kan worden uitgewisseld en aangescherpt, om te komen tot een geïntegreerde, geavanceerde, voorspellende en efficiënte beschrijving van de functionele materiaaleigenschappen en van apparaten die gebruikmaken van die eigenschappen, die betrouwbaar kunnen worden gebruikt in zowel academische als industriële omgevingen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Milosevic Milorad

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie van de gecondenseerde materie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

DELIGHT streeft naar excellentie van Europa op het gebied van nanowetenschap en impact op onderzoek en ontwikkeling op het hoogste niveau. Het project richt zich op multifunctionele nanomaterialen op basis van colloïdale deeltjes, organische/anorganische perovskieten en organische en biomaterialen. Het ontwerp en de fabricage van deze materialen voor toepassingen van de laatste generatie vereisen een hoog niveau van interdisciplinariteit met expertise op het gebied van scheikunde, natuurkunde, materiaalkunde, techniek, nanofabricage en biologie, in combinatie met de meest geavanceerde spectroscopische gereedschappen. De wetenschappelijke doelstellingen van DELIGHT zijn het vestigen van een platform van zeer veelzijdige functionele nanomaterialen, met behulp van machine learning en kunstmatige intelligentie voor de ontwikkeling en karakterisering van materialen/apparaten. De focus ligt op multifunctionele hybriden, heterostructuren en samenstellingen, en het volledig benutten van hun potentieel voor katalyse, energie, verlichting, plasmonica en theranostiek. Het onderzoek is georganiseerd in 3 werkpakketten (WPs) die zich richten op de ontwikkeling van nanomaterialen, functionele composieten en diepgaande karakterisering, en toepassingen van apparaten. Sociale en trainingsdoelstellingen zijn het opleiden van jonge onderzoekers in Europa op het hoogste niveau, met nadruk op interdisciplinariteit die fundamenteel is in de moderne nanowetenschap, het bevorderen van technologische knowhow die een duurzame en milieuvriendelijke moderne samenleving mogelijk maakt, en het bevorderen van gendergelijkheid in het wetenschappelijke landschap op alle niveaus. Deze doelstellingen worden geïmplementeerd in een werkpakket dat is gewijd aan training, het organiseren van lezingen, workshops, technologieoverdracht en outreach- en verspreidingsactiviteiten. DELIGHT heeft een academisch team van uitstekende kwaliteit samengesteld, dat de belangrijkste spelers in de EU op het gebied van nanomaterialen verbindt met toonaangevende universiteiten in de VS, Canada en Argentinië die bekend staan om hun unieke wetenschappelijke en technologische mogelijkheden en efficiënte technologieoverdracht.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Co-promotor: Covaci Lucian
• Co-promotor: Milosevic Milorad
• Co-promotor: Van Aert Sandra
• Co-promotor: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De fabricage en het ontwerp van metallische nanodeeltjes (ND's) kende de afgelopen jaren enorme vooruitgang waardoor een scala aan toepassingen mogelijk zijn geworden. De meeste zijn gebaseerd op warmtetransport door middel van de plasmonische eigenschappen van de ND's, onder blootstelling aan licht kunnen geleidende elektronen aan het oppervlak geactiveerd worden die de ND's opwarmen met warmtetransport naar de (biologische, chemische of medische) omgeving van de ND's tot gevolg. Vaak wordt over het hoofd gezien dat de ND's structureel veranderen onder zulke foto-thermische excitaties. Het is daarom van cruciaal belang om de stabiliteit en het gedrag van de metallische ND's bij verhoogde en verdeelde temperatuur te begrijpen. Dat is het hoofddoel van dit project, waarbij de focus ligt op mono- en bimetallische Au en Ag ND's. Hiervoor moet de atomaire structuur van de ND's bepaald worden, waarbij men verder moet kijken dan het computationeel intensieve density-functional theory (DFT). Hiervoor zal machine learning worden gebruikt om de Au en Ag interatomaire potentialen te trainen gebaseerd op DFT-data om zo aanzienlijk sneller en accuraat de relaxatie van de vorm en structuur van het ND uit te voeren. De iteratieve koppeling van de verkregen morfologie met ruimtelijk variërende optische en thermische respons is een ontwikkeling die ons in staat zal stellen om de ND's voorspellend aan te passen onder blootstelling aan opwarming en licht, voor alle gewenste doeleinden.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Milosevic Milorad
• Co-promotor: Sevik Cem
• Mandaathouder: Vlahovic Jovana

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie van de gecondenseerde materie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De supersolide, een contra-intuïtieve kwantumtoestand waarin een rigide rooster van deeltjes zonder weerstand stroomt, staat al lang in de belangstelling, maar is tot op heden niet ondubbelzinnig gerealiseerd. Er zijn alternatieve benaderingen voorgesteld voor Chesters eerste idee van supersolide, waarbij binnen het macroscopische condensaat elk deeltje door sterke afstoting wordt gelokaliseerd op een roostersite. Deze omvatten periodieke dichtheidsgemoduleerde supervloeistoffen of clusters van condensaten die zijn waargenomen in koude atoomgassen. Onlangs hebben we een supersolide onthuld in dubbellaag heterostructuren met inter-laag excitonen: elektronen in een laag, gepaard met gaten, in een andere geïsoleerde laag. Deze supersolide is van het Chester-type met één exciton per site, en bestrijkt een breed scala aan inter-laag afstanden binnen het bereik van de experimentele mogelijkheden, maar buiten de focus van recente experimenten. In dit project, willen wij voor om theoretisch te onderzoeken hoe het bestaan ??en de stabiliteit van een excitonische supersolide kan worden gecontroleerd en verbeterd, door het fasediagram met alle supersolid-fasen te leveren. Door de inter-laag afstand (lengte van de exciton-dipool) en de exciton-dichtheid van het systeem te regelen, kunnen wij de exciton-repulsie aanpassen om de supersolide te stabiliseren met betrekking tot de andere excitonische fases en rijke nieuwe fenomenen onderzoeken dicht bij de faseovergangen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Milosevic Milorad
• Co-promotor: Tempere Jacques
• Mandaathouder: Conti Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie van de gecondenseerde materie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Moderne Artificiële Intelligentie (AI) maakt gebruik van artificiële neurale netwerken die de functionaliteit van het menselijk brein proberen te imiteren door middel van een reeks onderling geconnecteerde nodes, die de rol van artificiële neuronen spelen, en die mogelijk de manier waarop wij met technologie omgaan zullen revolutioneren. De meest robuuste hedendaagse artificiële neurale netwerken worden geconstrueerd via gepaste software modellen voor besturing de CMOS hardware. De manier waarop een computer berekeningen uitvoert verschilt, echter, significant van hoe het menselijk brein informatie verwerkt. Een prominent alternatief zijn fysische systemen gebaseerd of golven, waar recent voor is aangetoond dat ze kunnen opereren als neurale netwerken, en waarin interferentie patronen van de voortbewegende golven leiden tot de realisatie van een alle-tot-alle onderlinge connectie tussen infopunten in het systeem, waarbij de rijke niet-lineaire dynamica die de actie van artificiële neuronen imiteert kan gebruikt worden, door het verstrooien en recombineren van ingestuurde golven, om de meegedragen informatie te extraheren. In het bijzonder worden spin-golven (magnonen) in magnetische filmen gezien als een veelbelovende kandidaat voor praktische toepassingen, door hun laag energieverbruik, hun sterke niet-lineariteit die voorkomt uit de magnetisatie dynamica, en de reeds vastgestelde mogelijkheden voor het schalen en integreren van magnetische nanostructuren. Spin golven worden reeds gebruikt voor het uitvoeren van logische operaties, en recent is er ook progressie gemaakt voor de ontwikkeling van magnonische artificiële intelligentie met onderzoek naar verschillende nano-ontworpen magnon verstrooiingsreservoirs. Vooraleer het volledige potentieel van deze ideeën kan worden benut, moet men spin-golven in nanostructuren precies kunnen manipuleren, een uitdaging waar een onmiddellijke vooruitgang noodzakelijk is ten behoeve de ontwikkeling van functionele magnonische apparaten. In dit project, dragen we magnonica in de snel opkomende 2D magnetische materialen voor als een geschikt platform voor neuromorfe en reservoir-gebaseerde rekentoepassingen. De magnetische eigenschappen van deze atomair-dunne, kristallijne materialen zijn extreem gevoelig aan elektromechanische manipulatie door bijvoorbeeld rooster strain of deformatie, het aanleggen van een spanning, atomistisch patroon van defecten en/of het stapelen van lagen en heterostructurering. Bovendien zijn, door de recente observaties van hoge-frequentie terahertz (THz) spin-golven in monolaag CrI3, en kamertemperatuur ferromagnetisme in verschillende andere materialen, alle ingrediënten beschikbaar voor het gebruik van 2D magnetische materialen als een technologisch platform voor spin-golf-gebaseerde neuromorfe rekentoepassingen. Dit gezegd zijnde, is er een aanzienlijke achterstand op gebied van theoretische inzichten en reële simulaties in dit onderzoeksveld, wat we in dit project trachten recht te trekken. We zullen verschillende strategieën ontwikkelen om magnonische excitaties en hun voortplanting in een selectie van 2D materialen actief te kunnen manipuleren door middel van nano-ontworpen structurele en elektronische stimuli, en engageren ons om verschillende mogelijke realisaties van neuromorfe rekensystemen in zulke materialen in kaart te brengen, waarvoor we gedetailleerde recepten en in silico demonstraties zullen voorzien. Gegeven de nauwe overeenkomst tussen de data uit de simulatie omgeving en de meetbare grootheden in kristallijne 2D materialen, is het onomstotelijk dat onze resultaten en voorspellingen een inspiratiebron zullen zijn voor experimentele replicatie en verdere vooruitgang van magnonische technologie.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Milosevic Milorad
• Co-promotor: Maciel de Menezes Rai
• Mandaathouder: Oliveira da Silva Jean Felipe

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie van de gecondenseerde materie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Met de conventionele elektronica bijna aan zijn fysieke limieten, leidt de zoektocht naar technologie voor na het siliciumtijdperk tot een snelle vooruitgang in de magnonica, die eigenschappen van magnetische spingolven (magnonen) gebruikt voor het verzenden, bewaren en verwerken van informatie. In de zoektocht naar steeds kleinere en snellere apparaten, bestaat de uitdaging voor de magnonica erin om toepassingen te verkleinen tot een atomaire schaal en om schakelsnelheden te bereiken in de THz grootteorde. In beide gevallen bieden 2D magnetische materialen opportuniteiten voor verder onderzoek. De recente experimentele observatie van spingolven met THz frequenties, in combinatie met hun verhoogde gevoeligheid voor externe prikkels, maakt van 2D materialen een ideaal platform voor het ontwerp van magnonica. Wat dat laatste betreft is het moiré stappelen van 2D materialen (waar het moiré patroon stamt uit een rooster mismatch of een onderlinge draaiing) een recent verkende weg tot nieuwe functionaliteiten. De verwachting is dat het inprenten van een moiré patroon in een magnetisch materiaal zal leiden tot een overvloed aan nieuwe eigenschappen, zoals een controleerbare magnon propagatie, de formatie van magnonische kristallen en een niet-triviale magnonische dispersie – die verder manipuleerbaar zijn door externe velden en uitrekking van het materiaal – die het onderwerp zijn van dit exploratief project en zeer relevant voor de verdere ontwikkeling van magnonische circuits.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Milosevic Milorad
• Mandaathouder: Soenen Maarten

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie van de gecondenseerde materie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Magnetische skyrmionen, topologische spintexturen op nanoschaal, zijn veelbelovend als informatiedragers voor de volgende generatie zuinige spintronische apparaten. Het verbeteren van hun dichtheid, stabiliteit en het gemak van hun creatie, manipulatie en detectie zijn de belangrijkste uitdagingen. De recente ontdekking van intrinsiek magnetisme in tweedimensionale (2D) van der Waals (vdW) materialen heeft de verwachtingen voor skyrmionische toepassingen sterk verhoogd. Het vermogen om eigenschappen van 2D-materialen af te stemmen door spanning, gating, heterostructurering, maakt ze een ideaal platform voor het beheersen van opkomende magnetische fasen, inclusief skyrmionen. De recentste experimentele waarneming van ferromagnetische skyrmionen in vdW-heterostructuren heeft de behoefte aan een skyrmionica-roadmap in 2D-materialen sterk doen toenemen, wat alleen theoretische simulaties kunnen bieden, en dat is het hoofddoel hier. Dit vraagt het ontwikkelen van een geavanceerde meerschalige methodologie om manipulaties in vdW-systemen in rekening te brengen, de fysica te begrijpen tot bij de bron van concurrerende magnetische interacties, en magnetische fasediagrammen van 2D-materialen te detailleren als functie van mechanische, structurele en elektronische vrijheidsgraden, evenals aangelegd magnetische veld en stroom. Onze roadmap zal ook gewenste antiferromagnetische skyrmionen bevatten, die skyrmionica in 2D-materialen verder tot het technologische summum kunnen brengen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Milosevic Milorad
• Mandaathouder: Maciel de Menezes Rai

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie van de gecondenseerde materie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De realisatie van het eerste tweedimensionale (2D) magnetische materiaal in 2017 heeft geleid tot een ware revolutie en ontdekking van verschillende andere 2D magneten. Dankzij hun atomaire dikte, bieden deze materialen gefaciliteerd planair transport van atomaire magnetische spin oscillaties - magnonen. Aangezien dat 2D materialen zeer vatbaar zijn voor manipulatie van hun eigenschappen door, o.a. een mechanische- of elektrische spanning of heterostructurering, bieden magnetische monolagen ons een uitstekend platform voor het ontwerp van 'magnonica' toepassingen die traditionele elektronica zouden kunnen overtreffen. Een opvallende tendens binnen het veld is dat er op experimenteel vlak extreem snel progressie wordt geboekt terwijl de theoretische kennis en vermogen vooralsnog achterophinken. Dit project beoogt daar verandering in te brengen door het ontwikkelen van een multi-schaal methodologie en het opstellen van een roadmap voor het bevordering van magnonica in atomair dunne spin systemen. Eerst zullen de microscopische magnetische 'exchange' interactie in prominente mono- en dubbellagen worden bestudeerd als functie van zowel externe stimuli als interne vrijheidsgraden. Achtereenvolgens zullen de resulterende magnetische spin configuraties en de propagatie, snelheid en frequentie van magnonische excitaties worden gekarakteriseerd, met het oog op de technologische toepassingen gebaseerd op precies controleerbare lange-afstand propagatie van magnonen met hoge frequenties.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Milosevic Milorad
• Mandaathouder: Bacaksiz Cihan

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie van de gecondenseerde materie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het hoofddoel van DYNASTY is om een significante attractiepool voor nanomateriaal onderzoek op te bouwen in Zuid Europa, meer bepaald in het FORTH onderzoeksinstituut in Kreta. Dit zal bereikt worden door gezamelijke onderzoeksinitiatieven en samenwerking met twee gerenomeerde Europese onderzoeksteams die aan de top staan in het nanomateriaal onderzoek. De activiteiten zullen bijdragen aan het wetenschappelijke onderzoek met als doel het aantrekken en motiveren van jonge wetenschappers in nanomateriaal (bv. 2D materialen) wetenschap en technologie. De partners zijn enerzijds de Universiteit Antwerpen (UA) met sterke expertise in geavanceerd onderzoek in elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek en vaste stof fysica vanuit respectievelijk de EMAT en CMT onderzoeksgroepen die beiden deel uitmaken van het UA Nanolab Center of Excellence (Belgie). En anderzijds het National Institute of Applied Sciences (INSA- University of Toulouse) met sterke expertise in geavanceerde spectroscopische karakterisatie technieken voor 2D materialen. De activiteiten betreffen het geven van training door wederzijdse labo bezoeken, workshops, korte opleidingen, gemeenschappelijke conferenties en uitgekiende communicatie activiteiten om jonge onderzoekers aan te trekken in FORTH. De betrokken teams stellen hun expertise ter beschikking om een geavanceerd beeldvorming en spectroscopie expertise centrum op te bouwen (combinatie van niet-lineaire en tijdsgeresolveerde optische spectroscopie) die zal toelaten om nauwkeurige analyses uit te voer op 2D materialen en hun heterostructuren. Aan het einde van dit 3 jarig project zal FORTH de nodige vaardigheden hebben verworven in het domein van nanomateriaal karakterisatie en het ontwikkelen van nanoelektronische componenten. Hiermee zal DYNASTY een collaboratief platform vormen die de experimentele netwerken tussen nanomateriaal onderzoekscentra in Europa verder uitbouwt. Dit zal toelaten dat het lokale team in Griekenland zal kunnen bijdragen aan excellent interdisciplinaire onderzoek op een hoger niveau.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verbeeck Johan
• Co-promotor: Bals Sara
• Co-promotor: Covaci Lucian
• Co-promotor: Milosevic Milorad

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Waterstof is een hernieuwbare, niet-vervuilende energiedrager met hoge energiedichtheid en daarom krijgen de productie en het gebruik ervan de hoogste aandacht van beleidsmakers. De productie van waterstof met behulp van zonne-energie en fotokatalytische watersplitsing biedt zowel levensvatbare als milieuvriendelijke technologie. Om deze technologie naar een breed toepasbaar niveau te brengen is een overvloedige maar zeer efficiënte fotokatalysator nodig. Hoewel veel halfgeleidende materialen hiervoor zijn voorgesteld en gesynthetiseerd, hebben sommige een relatief grote bandgap met slechte absorptie voor zonneflux, terwijl andere last hebben van lage geëxciteerde dragersnelheden, die de fotokatalytische prestatie ernstig verminderen. Bovendien worden excitonische effecten meestal verwaarloosd in het ontwerp van de fotokatalysator, wat leidt tot onjuiste voorspellingen van eigenschappen zoals optische absorptie en bandrand, en uiteindelijk tot onjuiste schattingen van de belangrijkste parameter, de efficiëntie van zon-naar-waterstof. Dit project heeft tot doel dit ongunstige beeld te veranderen en een betrouwbare methode te ontwikkelen om materialen voor fotokatalytische watersplitsing met hoogste efficiëntie te vinden. Dit project zal niet alleen de huidige modellering van fotokatalysatoren bevorderen, maar ook kostenbesparend werken voor gerichte experimenten naar levensvatbare technologie voor het gebruik van water en licht voor de productie van waterstof.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Milosevic Milorad
• Co-promotor: Partoens Bart
• Co-promotor: Peeters Francois
• Mandaathouder: Sun Minglei

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie van de gecondenseerde materie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Juncties van supergeleidende materialen liggen aan de basis van de nieuwste kwantumtechnologieën, in het bijzonder kwantumcomputers (nagestreefd door Google, IBM, Intel,...), met ongeziene mogelijkheden vergeleken met klassieke systemen. De benodigde kwantumcoherentie lijdt echter onder onzuiverheden en ruwheid bij de grensvlakken in de huidige juncties. Als oplossing worden kristallijne 2D materialen onderzocht als alternatieve bouwstenen voor supergeleidende juncties, omwille van hun hoge zuiverheid en atomair scherpe grensvlakken in hun heterostructuren. Een fundamenteel begrip van hoe supergeleiding beïnvloed wordt door het samenvoegen van verschillende 2D materialen ontbreekt echter. Daarom zal in dit project een nieuw ab initio kader worden ontwikkeld om supergeleiding in 2D heterostructuren volledig te karakteriseren, inclusief hybridisatie tussen de lagen en concurrerende kwantumtoestanden. Dit zal inzicht geven in belangrijke eigenschappen zoals de verdeling en kwantumtunneling van Cooper-paren in de junctie, die de kern vormen van qubit-toepassingen. Gemotiveerd door de recentste experimenten zullen zowel verticale als laterale juncties onderzocht worden, en geoptimaliseerd m.b.v. beschikbare vrijheidsgraden, zoals twist en stacking, een buffermateriaal in de junctie, en het tunen van de junctie d.m.v. gating en deformatie. Deze kennis is onmisbaar om de eigenschappen van qubits en kwantumoperaties gebaseerd op 2D supergeleiders op punt te stellen en te controleren.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Milosevic Milorad
• Mandaathouder: Bekaert Jonas

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie van de gecondenseerde materie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Nieuwe materialen met gekoppelde magnetische en elektrische eigenschappen zijn cruciaal om de vraag van de moderne samenleving voor geavanceerde elektronica en IoT te kunnen combineren met een gereduceerd energieverbruik en impact op het milieu. Om nieuwe draagbare, flexibele, integreerbare, biocompatibele, slimme en energiezuinige elektronica te realiseren, is een paradigmaverschuiving nodig naar geoptimaliseerde heterostructuren, waar verschillende functionaliteiten sterk zijn gekoppeld tot een multifunctionele hybride structuur. Dergelijke materialen zijn vandaag moeilijk op klassieke manier te maken met voldoende controle en kwaliteit. In dit project willen we zulke hybride, gelaagde functionele structuren realiseren door verschillende 2D mono-atomaire materialen op elkaar te plaatsen. Dit stelt ons in staat om op een zeer controleerbare manier tot veelzijdige magneto-elektronica materialen te komen, manipuleerbaar in een breed gebied door externe mechanische, elektrische en magnetische interacties. Om de onderliggende kwantum fenomenen achter de flexo-magneto-elektrische koppelingen in 2D-heterostructuren te doorgronden en deze kennis toe te passen op de praktische micrometerschaal, hebben we een consortium samengesteld van toonaangevende Belgische teams op het gebied van simulaties, samen met de pionier van 2D-materialen in het VK voor experimentele validatie, en met imec als technologisch platform.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Milosevic Milorad
• Co-promotor: Covaci Lucian
• Co-promotor: Partoens Bart
• Co-promotor: Peeters Francois

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie van de gecondenseerde materie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Technologische vooruitgang in modern maatschappij zal sterk bepaald worden door nieuwe, all-in-one materialen, waar in zowel magnetische, elastische, als elektronische vrijheidsgraden op een gecontroleerde manier kunnen gekoppeld worden. 2D materialen zijn hier voor mogelijks erg geschikt: ze vertonen een uitgebreid palet aangeavanceerde eigenschappen, die getuned kunnen worden door uitrekking, buigen, gating en de realisatie van heterostructuren. Met de realisatie van magnetisme in 2D materialen is het potentieel om het multifunctioneel gedrag van deze materialen te tunen nog groter geworden. Magnetisme in 2D materialen is bijzonder, omdat elke verandering in symmetrie de interacties beinvloedt en aangrenzende magnetische momenten niet meer gealigneerd zijn door de chiraliteit die optreedt. Deze chirale interacties leiden tot observeerbare niet-triviale magnetische texturen, zoals skyrmionen, en tot een volledig verschillend gedrag van de dynamische excitaties (de magnonen), beide technologisch veel-belovende effecten. Het breken van de symmetrie die de chiraliteit veroorzaakt, leidt ook tot een lokaal elektrisch veld, wat maakt dat magnetisme en elektrische polarisatie in 2D materialen gekoppeld zijn. Dit project focust op het begrijpen van deze koppeling, en de responservan op standardmanipulaties van 2D materialen. Dit zal toelaten om de chirale magneto-electronica te tunen, om zo een inzetbare technologie te realizeren die gevoelig is aan verschilende stimuli.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Milosevic Milorad
• Mandaathouder: Sabani Denis

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie van de gecondenseerde materie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Nanomaterials play a key role in modern technology and society, because of their unique physical and chemical characteristics. The synthesis of nanomaterials is maturing but surprisingly little is known about the exact roles that different experimental parameters have in tuning their final properties. It is hereby of crucial importance to understand the connection between these properties and the (three-dimensional) structure or composition of nanomaterials. The proposed consortium will focus on the design and use of nanomaterials in fields as diverse as plasmonics, electrosensing, nanomagnetism and in applications such as art conservation, environment and sustainable energy. In all of these studies, the consortium will integrate (3D) quantitative transmission electron microscopy and X-ray spectroscopy with density functional calculations of the structural stability and optoelectronic properties as well as with accelerated molecular dynamics for chemical reactivity. The major challenge will be to link the different time and length scales of the complementary techniques in order to arrive at a complete understanding of the structure-functionality correlation. Through such knowledge, the design of nanostructures with desired functionalities and the incorporation of such structures in actual applications, such as e.g. highly selective sensing and air purification will become feasible. In addition, the techno-economic and environmental performance will be assessed to support the further development of those applications. Since the ultimate aim of this interdisciplinary consortium is to contribute to the societal impact of nanotechnology, the NanoLab will go beyond the study of simplified test materials and will focus on nanostructures for real-life, cost-effective and environmentally friendly applications.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Co-promotor: De Wael Karolien
• Co-promotor: Janssens Koen
• Co-promotor: Lenaerts Silvia
• Co-promotor: Milosevic Milorad
• Co-promotor: Neyts Erik
• Co-promotor: Van Aert Sandra
• Co-promotor: Van Passel Steven
• Co-promotor: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Topologische isolatoren, waarvan Bi2Se3 de eerst-ontdekte en bekendste is, hebben een isolerende bulk en geleidende oppervlakken waardoor ze unieke en boeiende elektronische eigenschappen etaleren. Hun bijzondere oppervlaktetoestanden zijn beschermd door tijdsomkering symmetrie waardoor ze robuust zijn tegen perturbaties. Bijgevolg hebben topologisch isolatoren de voorbije jaren een enorme aandacht gegenereerd binnen de fysica van gecondenseerde materie, in het bijzonder door hun veelzijdige mogelijke toepassingen in kwantumtechnologieen. Dankzij de sterke spin-baan koppeling in deze materialen, leidt het aanleggen van een magnetisatie tot nieuwe (op andere manieren onbereikbare) kwantumtoestanden zoals 'anomalous Hall', axion isolator, en hogere Chern isolator toestanden, allen van groot fundamenteel belang. De toevoeging van magnetisatie aan topologische isolatoren wordt typisch bereikt via het doperen met magnetische (ad)atomen of het construeren van heterostructuren met magnetische adlagen. In deze zogenoemde magnetische topologische isolatoren, kan de tijdsomkering symmetrie aan de oppervlakken worden gebroken door de toegevoegde magnetisatie, zodat unieke topologische toestanden kunnen verschijnen, gekarakteriseerd door een gekwantiseerde conductie proportioneel aan het Chern getal. De afgelopen jaren stond de studie van toestanden met een Chern getal groter dan één op de voorgrond van het wetenschapelijk onderzoek dankzij hun potentiele toepassing in multi-kanaal kwantumcomputing en energie-efficiente elektronica (omdat hun resistiviteit en geassocieerde Joule verhitting wordt gereduceerd proportioneel met het Chern getal). Dit PhD-project voorziet een gedetailleerde theoretische beschrijving van deze opkomende nieuwe kwantumtoestanden in magnetische topologische isolatoren, met bijbehorende computationele karakterisatie in termen van stabiliteit en fase-overgangen als functie van de grootte en richting van de magnetisatie, aangelegd magnetisch veld, dikte van het staal, deformatie, of het aanleggen van een poortspanning. Dit onderzoek is gebaseerd op reeds gebouwde geavanceerde (stationair en transport) reële-ruimte simulaties van magnetische topologische systemen onder invloed van externe mechanische, elektrische en magnetische stimuli, gebruik makend van een tight-binding model, het Landauer-Buttiker formalisme en materiaal-specifieke ab initio data berekend in de 'host' onderzoeksgroep.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Milosevic Milorad
• Mandaathouder: Shafiei Mohammad

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie van de gecondenseerde materie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In de afgelopen jaren vertoonden gelaagde grafeenoxide (GO) - membranen een enorm potentieel om de beperkingen van conventionele membraanmaterialen met superieure waterflux en intrigerende fysische/chemische eigenschappen te overwinnen. De praktische toepassingen ervan zijn echter nog steeds sceptisch, voornamelijk vanwege de ongewenste zwelling in water. Om dit probleem aan te pakken, is een nauwgezet begrip van het effect van de zuurstofbevattende functionele groepen op de prestaties van gelaagde GO-membranen van het grootste belang, wat niet beschikbaar is in de bestaande literatuur. Intercalatie van kationen zou de stabiliteit kunnen verhogen van gelaagde GO-membranen. Hieruit geïnspireerd, stel ik voor dat het genereren van hydroniumionen in de tussenlaaggalerij waterige stabiliteit aan GOmembranen zou geven. Hydroniumionen kunnen worden gegenereerd door de dissociatie van watermoleculen met behulp van een extern elektrisch veld. Door een membraan te construeren uit een heterostructuur van GO en gereduceerde GO-nanobladen, kon ook een balans tussen waterflux en waterige stabiliteit worden verkregen. Dit zou ook kunnen leiden tot een Janus-membraan met verschillende bevochtigbaarheid op dezelfde membraanstructuur, wat effectief zou kunnen zijn bij de scheiding van verschillende oliewatermengsels. In dit voorstel zullen we al deze aspecten onderzoeken met behulp van atomistische simulaties met uitgebreide samenwerkingen met experimentele en theoretische groepen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Neyts Erik
• Co-promotor: Milosevic Milorad
• Co-promotor: Peeters Francois
• Mandaathouder: Gogoi Abhijit

Onderzoeksgroep(en)

• Plasma Lab voor toepassingen in duurzaamheid en geneeskunde - Antwerpen (PLASMANT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Borofeen – sterker, lichter en flexibeler dan grafeen maar met dezelfde planaire structuur – belooft een revolutie teweeg te brengen voor de batterijtechnologie, elektronica, sensoren, fotovoltaïsche cellen, spintronica en kwantum computers. Borofeen heeft zichzelf reeds bewezen als een katalysator voor de productie van waterstof, de reductie van zuurstof en elektrochemische reducties, verder is het geschikt voor de opslag voor waterstof dankzij de kleine massa van het boor atoom en het kan gebruikt worden voor het ontwikkelen van gas sensoren. Ondanks dit potentieel loopt het gebruik van borofeen in functionele materialen voorlopig achter, vooral omdat borofeen onmiddellijk oxideert na blootstelling aan lucht waardoor het zijn geleidende- en andere potentieel nuttige eigenschappen verliest. Recent is echter aangetoond dat adsorptie van atomen, zoals bijvoorbeeld waterstof, borofeen stabiliseert en dat zijn hoge reactiviteit kan worden onderdrukt in borofeen dubbellagen en andere gestapelde structuren. In dit project zullen we deze structuren – meer bepaald gedopeerde borofeen monolagen en dubbellagen, selectief gefunctionaliseert en geïntercaleerd om geavanceerde elektronische, magnetische en supergeleidende eigenschappen te bereiken, stabiel buiten een vacuüm kamer en niet chemisch actief – verder onderzoeken zodat ze toegepast kunnen worden in opkomende 21e eeuwse technologieën.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Milosevic Milorad
• Mandaathouder: Soskic Bozidar

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie van de gecondenseerde materie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Een van de grootste uitdagingen in de materiaalkunde is de miniaturisatie van transistoren en logische circuits die verder rijken dan de huidige CMOS-technologie. Een mogelijk alternatief is het gebruik van spintronica, en in het bijzonder skyrmionen - een topologisch beschermde spin textuur – als dragers van informatie (bits). Echter, voor het ontwerp van zulke toepassingen moet de beweging en interactie van de skyrmionen precies kunnen worden gecontroleerd. In deze PhD, exploreren we de controleerbare dynamica van skyrmionen, aangedreven door een stroom en onder invloed van een periodisch rooster van pinning centra, in twee-dimensionale chirale magneten. Het hoofddoel bestaat erin de verschillende dynamische regimes and collectieve effecten die een rol spelen tijdens de skyrmion-beweging in kaart te brengen, strevend naar op maat gemaakte informatie overdracht en opslag.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Milosevic Milorad
• Mandaathouder: Vizarim Nicolas

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie van de gecondenseerde materie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het is bekend dat magnetische uitwisselingsinteractie het gedrag van magnetische materialen stuurt, waardoor ze ferromagnetisch (positieve interactie, spins parallel) of antiferromagnetisch (negatieve interactie, spins antiparallel) worden. Het is veel minder duidelijk dat er wisselwerking bestaat leidend tot chiraal magnetisme, d.w.z. aangrenzende spins nemen wederzijds orthogonale ordening aan. Dit is het geval voor Dzyaloshinskii-Moriya interactie (DMI), voor het eerst geïdentificeerd in de jaren 60, maar pas door de recente waarneming van skyrmion-roosters is verder fundamenteel onderzoek met technologische toepassingen op gang gebracht. DMI kan alleen ontstaan ??in systemen zonder inversiesymmetrie met een sterke spin-baankoppeling, een voorwaarde waaraan in enkele bulkmaterialen wordt voldaan, en aan interfaces van specifiek ontworpen magnetische heterostructuren. In 2017 werd magnetische ordening ook waargenomen in 2D-materialen zoals CrI3. Daar staan magnetische atomen (Cr) in directe binding met niet-magnetische atomen met sterke spin-baan koppeling (I). Dus is DMI intrinsiek aanwezig, maar wordt het geannuleerd in een perfect kristallijn rooster, tenzij de symmetrie wordt verbroken (aan randen, defecten, korrelgrenzen enz.). De overkoepelende thema's in dit project zijn de microscopische mechanismen om DMI te wekken, het belang hiervan en hoe de afgifte en de bijbehorende spinstructuur aangepast kan worden als functie van temperatuur en magnetisch veld.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Milosevic Milorad
• Mandaathouder: Sabani Denis

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie van de gecondenseerde materie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Elektromechanische eigenschappen spelen een essentiële rol bij het bepalen van de fysica van diëlektrische vaste stoffen en hun praktische toepassingen. In het algemeen werden elektrostrictie en het piëzo-elektrisch effect beschouwd als de twee belangrijkste effecten die een aangelegd elektrisch veld koppelen aan de spanning en omgekeerd. De koppeling tussen polarisatie en rekgradiënten is een ander elektromechanisch fenomeen, dat kan worden waargenomen door een materiaal te buigen. Dit staat bekend als flexo-elektriciteit, relevant voor vele materialen, waaronder nietpolaire diëlektrica en polymeren, maar alleen significant op kleine lengteschalen, waar hoge spanningsgradiënten ontstaan. In tweedimensionale (2D) materialen, waar grote rekgradiënten mogelijk zijn, kunnen we deze effecten naar verwachting sterk verbeteren. Bovendien maken hun uitstekende elastische eigenschappen en verminderde roostersymmetrie 2D-materialen veelbelovend voor flexo-elektriciteit. In dit voorstel zullen we met behulp van geavanceerde ab initio benaderingen fundamentele flexoelektrische eigenschappen van een breed scala aan 2D-materialen onderzoeken. Vervolgens zal een multischaal modelleringsraamwerk worden ontwikkeld voor de invloed van interne spanningsgradiënten op de elektronische en optische eigenschappen. Het hier voorgestelde werk biedt niet alleen een fundamenteel begrip van flexo-elektriciteit in 2D-materialen, maar zal ook de ontdekking van nieuwe flexibele elektronica stimuleren.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Milosevic Milorad
• Co-promotor: Peeters Francois
• Mandaathouder: Pandey Tribhuwan

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie van de gecondenseerde materie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Via dit DOCPRO1-project zal de doctorandus zijn thesis over heterochirale magnetische films afronden, gebaseerd op de zojuist ontwikkelde veralgemeende Heisenberg-methode voor een willekeurig rooster, waardoor hij het magnetische fasediagram van mono- en bilaag spin-rooster-systemen ruim kan verkennen met ruimtelijk niet-uniforme chiraliteit. Deze studie wordt gemotiveerd door recent ontdekte 2D magnetische materialen, hun roosterstructuur, anisotropie, opkomende chiraliteit en geometrische manipulaties die bekend zijn bij van der Waals engineering. Naast de generieke topologische karakterisering en classificatie van de mogelijke spinstructuren, zal ook aandacht worden besteed aan de emergente spin-golf (magnonische) eigenschappen in het gegeven spinlandschap en aan de nieuwe concepten voor spintronische apparaten.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Milosevic Milorad
• Mandaathouder: Maciel de Menezes Rai

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie van de gecondenseerde materie

Project website

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Ionair transport in laagdimensionale materialen speelt een sleutelrol in nieuwe methodes voor het opwekken en opslaan van energie. Recente experimentele ontwikkelingen laten toe om extreem nauwe en zuivere kanalen tussen zwak gebonden 2D materialen te maken. De stroming van ionen of moleculen door zulke kanalen blijkt extreem vlot te gaan, dankzij de hoge druk ten gevolge van de opsluiting in de kanalen. De druk dwingt de atomen ook dichter bij elkaar en doet zo een compleet nieuwe samengestelde structuur ontstaan door de vorming van bindingen met het omhullende materiaal. De krapte van de kanalen laat slechts toe aan enkele atoomlagen om er doorheen te bewegen, wat aangepast kan worden door externe druk, zijdelingse deformatie of door een elektrisch veld aan te leggen. Zodra dit geavanceerde ionaire transport onder kwantuminperking begrepen is, heeft het een groot potentieel om de performantie en de capaciteit van batterijen sterk te verhogen. Bovendien kan de binding van de ionen met het omhullende materiaal de elektronische fase volledig veranderen zodat het bijvoorbeeld supergeleidend kan worden bij lage temperaturen, en dus bruikbaar voor elektronica zonder dissipatie. De hoofddoelstelling is dus het onderzoeken van de mechanismes van ionaire stromingen in sterk ingeperkte kanalen, hoe de ionaire ordening te sturen, en het identificeren van faseovergangen om nieuwe methodes voor zogenaamde blauwe energie, geminiaturiseerde batterijen en nanoelektronica te vinden.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Milosevic Milorad
• Co-promotor: Bekaert Jonas
• Mandaathouder: Petrov Mikhail

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie van de gecondenseerde materie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Tweedimensionale transitiemetaal dichalcogeniden (2D-TMDs) zijn atomair dunne materialen die een prominente rol spelen in het hedendaagse onderzoek, door hun bijzondere elektronische en optische eigenschappen, hun afstelbaarheid door middel van elektrische gating en mechanische deformatie, en de mogelijkheid om heterostructuren te maken. Het werd echter veel minder geëxploreerd dat ze ook een rijkdom aan collectieve kwantumfasen vertonen, die gekarakteriseerd worden door collectief gedrag van de elektronen dat radicaal verschillend is van hun individuele toestanden. Eén van deze fasen is een ladingsdichtheidsgolf, waarbij de elektronen bij lagere temperaturen een geordende kwantumvloeistof vormen die de structuur van het materiaal zelf verandert. Een andere collectieve kwantumfase in 2D-TMDs is de supergeleidende fase, waarbij de elektronen condenseren in een weerstandsloze zee van Cooperparen die elektrische stroom kan geleiden zonder enige weerstand. Bovendien dragen ook de spins van de elektronen bij tot een veelvoud van mogelijke combinaties voor nieuwe kwantumtoestanden en kunnen ze texturen vormen in monolaag TMDs die volledig afwezig zijn in de bulk vorm. Het is duidelijk dat al deze toestanden sterk met elkaar verstrengeld zijn, maar toch worden de fundamentele eigenschappen van hun wisselwerking nog niet goed begrepen. Dit verhindert ook de vooruitgang bij het ontwikkelen van geavanceerde nieuwe toepassingen. In dit project zal ik de wisselwerking tussen de toestanden uitgebreid bestuderen met behulp van state-of-the-art theoretische technieken. Voorts zal ik een stappenplan opstellen om de wisselwerking volledig gecontroleerd aan te kunnen passen door middel van deformatie, elektrische gating en doteren. Het uiteindelijke doel is om 2D-TMDs op de kaart te zetten als een uniek platform voor uiterst veelzijdige kwantumapparaten, door de specifieke voordelen van de verschillende toestanden die meespelen aan te wenden.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Milosevic Milorad
• Co-promotor: Partoens Bart
• Mandaathouder: Bekaert Jonas

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie van de gecondenseerde materie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De Europese Commissie heeft zojuist een vlaggenschipinitiatief van 1 miljard euro in Quantum Technology gelanceerd, binnen het Europese kaderprogramma voor onderzoek en innovatie H2020. Dit initiatief is erop gericht Europa een voortrekkersrol te laten spelen in de tweede kwantumrevolutie, met kwantuminformatie, communicatie en informatica in de kern, zoals zich al in de VS ontvouwt onder de impuls van Microsoft en Google. Beide bedrijven zien supergeleidende hybride apparaten als een basis voor levensvatbare kwantumtechnologie van de toekomst. Dit project is erop gericht Vlaanderen te positioneren als een thuis voor realistische theoretische simulaties van dergelijke apparaten. Op dit moment worden wereldwijd tal van experimenten uitgevoerd op supergeleidende hybriden met speciale topologische eigenschappen, zodat ze exotische Majorana-fermionen kunnen stabiliseren - een quasideeltje dat beschreven wordt door niet-Abelse statistieken en daardoor nuttig is voor robuuste kwantumcomputing. Omdat geen enkele experimentele opstelling ideaal is, ontbreekt overtuigend bewijs voor het Majorana-fermion nog steeds. Bovendien verschijnen er aanvullende aspecten die niet correct worden beschreven door simplistische modellen. Daarom zijn simulaties op basis van realistische parametrisering en geometrieën absoluut noodzakelijk om het theoretisch inzicht in lopende experimenten te verbeteren, om de detectie en manipulatie van Majorana-fermionen overtuigend te bevestigen en om kwantumapparaten te ontwerpen die de huidige technologie op betrouwbare wijze kunnen vervangen. De geavanceerde simulaties in dit project staan volledig in dienst van dat doel.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Milosevic Milorad
• Co-promotor: Covaci Lucian
• Mandaathouder: Zhang Lingfeng

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie van de gecondenseerde materie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Supergeleidende elektronica is cruciaal voor een breed spectrum van toepassingen, gaande van zeer gevoelige biomagnetische metingen tot breedband-satellietcommunicatie. De gewenste miniaturisatie en draagbaarheid van dergelijke apparaten vereist de fabricage en gedragskarakterisering van ultrakleine supergeleidende circuits. Recente ontwikkelingen hebben controleerbare groei van kristallijne en atomisch dunne (quasi 2D) supergeleiders toegelaten. Zulke ultradunne materialen herbergen rijke fundamentele fysica vanwege kwantumopsluiting van zowel elektronen als fononen, de interactie met een substraat, de niet-triviale effecten van strain en gating, enz., en dus belofte houden voor elektronische, magnetische en optische eigenschappen die anders onbereikbaar zijn. Met andere woorden, ultradunne supergeleiders zullen de basis vormen voor een nieuwe generatie van ultra-laag verbruikend en uiterst gevoelige elektronica, met meer functionaliteiten dan de vorige ontwerpen. Het baanbrekende doel van dit project is om de verkennende zoektocht naar die functionaliteiten mogelijk te maken, door ontwikkelen van multischalige simulaties van atomisch dunne supergeleidende circuits - beginnend met ab initio-informatie over elektronische en vibrationele veranderingen in materialen met monolaagdiktes, gevolgd door onderzoek naar de rol van het substraat, intercalanten, elektrische spanning, enz. op supergeleiding in geselecteerde materialen, tot de ultieme simulaties van electrische circuits op micronschaal met behulp van geavanceerde stroom-spanning-magnetisch veld karakterisering met ab initio parametrisatie.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Milosevic Milorad

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie van de gecondenseerde materie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Magnetische heterostructuren met ruimtelijk variërende chirale interacties zullen onderzocht worden om na te gaan hoe ze kunnen gebruikt worden voor het manipuleren en transporteren van magnonen, het analogon van fotonen in magnetische materialen. Dit zou kunnen leiden tot nieuwe klasse van ultrasnelle dataverwerkingscomponenten. Onze methodologie is gebaseerd op state-of-the-art numerieke micromagnetische simulaties op grafische processoren (GPU's).

Onderzoeker(s)

• Promotor: Milosevic Milorad

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie van de gecondenseerde materie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Supergeleidende ultradunne films, bestaande uit één of meerdere atomaire lagen, hebben recent een enorme interesse opgewekt, omwille van hun impact op fundamentele fysica en omwille van mogelijke toepassingen in energiezuinige electronica. Doordat kwantumopsluiting van belang is op de atomaire schaal, worden de supergeleidende eigenschappen sterk beïnvloed door de dikte, de geometrie en de structuur van de film. Sedert enkele jaren kunnen zulke ultradunne films experimenteel gegroeid worden in een zuivere, kristallijne vorm en gemanipuleerd worden met atomaire precisie. Op deze wijze werden al veel volstrekt nieuwe elektronische eigenschappen waargenomen en werden zelfs reeds prototypes van nieuwe veldeffecttransistoren gemaakt. Niettegenstaande deze toepassingen is de theorie voor deze nieuwe materialen helemaal nog niet doorgrond. Daarom willen we in dit project de invloed van atomaire wijzigingen in de ultradunne supergeleiders op de supergeleidende condensaten en hun elektronische structuur bestuderen met behulp van numerieke Bogoliubov-de Gennes simulaties. Deze wijzigingen zijn met name atomaire treden aan de rand, wanorde en de keuze van het substraat. We zullen nieuwe topologische toestanden bekijken (zoals vortices, fractionele vortices en skyrmionen) onder invloed van aangelegd magnetisch veld en elektrische stroom. Dit project zal uiteindelijk leiden tot een dieper begrip van de eigenschappen van deze fascinerende materialen en hoe men deze kan waarnemen met een scanning-tunnelingmicroscopie (STM).

Onderzoeker(s)

• Promotor: Milosevic Milorad
• Co-promotor: Covaci Lucian
• Mandaathouder: Zhang Lingfeng

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie van de gecondenseerde materie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project betreft fundamenteel kennisgrensverleggend onderzoek gefinancierd door het Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek-Vlaanderen. Het project werd betoelaagd na selectie door het bevoegde FWO-expertpanel.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Tempere Jacques
• Co-promotor: Milosevic Milorad

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie van kwantumsystemen en complexe systemen

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Sinds de "Grafeen-revolutie", is er veel vooruitgang gemaakt in zowel het maken als het begrijpen van één-atoomlaag-dikke twee-dimensionale kristallen. Tot recent werd gedacht dat supergeleiding - de eigenschap dat sommige materialen vertonen waarbij alle elektrische weerstand wegvalt onder een bepaalde temperatuur — niet zou kunnen bestaan in zulke systemen. Het spreekt voor zich dat, wanneer supergeleiding toch werd gevonden in een monolaag Pb op een Si substraat, er een debat ontstond over de preciese oorsprong van dit fenomeen. Daarnaast werd bevonden dat Sn, een lang bekende elementaire supergeleider, ook een topologische isolator is in de 2D limiet ("staneen" genaamd, naar analogie met grafeen), die elektrische stroom perfect kan geleiden langs de randen, maar blijft isoleren aan de binnenkant. Deze perfecte geleiding is enorm robuust tegen onzuiverheden en thermische fluctuaties, wat maakt staneen een perfecte kandidaat voor technologische toepassingen. Het is in dit kader dat het voorgestelde onderzoek plaats vindt. We willen het gedrag van verschillende metalen bestuderen in de twee-dimensionale limiet: eerst een enkele atoomlaag, dan laten we het aantal lagen één voor één toenemen, en bestuderen we de elektronische en fononische spectra met behulp van state-of-the-art numerieke technieken. Dit zal ons toegang geven tot de topologische aard van de elektronen, zowel als de oorzaak van nucleatie en mogelijke evolutie van supergeleiding, terwijl we nauw aan blijven leunen bij het experiment. Gezien de impact dat zowel supergeleiding als topologische isolatoren hebben gehad op het onderzoek tot dusver, kan de fundamentele en technologische relevantie van dit project nauwelijks overdreven worden.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Milosevic Milorad
• Mandaathouder: Roelants Sam

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie van de gecondenseerde materie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project kadert in een onderzoeksopdracht toegekend door de Universiteit Antwerpen. De promotor levert de Universiteit Antwerpen de onderzoeksresultaten genoemd in de titel van het project onder de voorwaarden zoals vastgelegd door de universiteit.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Partoens Bart
• Co-promotor: Milosevic Milorad

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie van de gecondenseerde materie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In dit project beogen we het verkrijgen van theoretisch inzicht in het effect van opsluiting en de keuze van het substraat op de supergeleidiende eigenschappen van atomair dunne filmen, en dit als de dikte laag per laag gevarieerd wordt. Voor dit onderzoek zullen we steunen op ab initio studies van de structurele, elektronische en vibrationele eigenschappen van de filmen van enkele monolagen dik, en het Bogoliubovde‐Gennes en het Eliashberg formalisme toepassen om de supergeleidende eigenschappen van deze filmen te bestuderen, op basis van de input van de ab intio berekeningen

Onderzoeker(s)

• Promotor: Milosevic Milorad
• Co-promotor: Partoens Bart

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie van de gecondenseerde materie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project betreft fundamenteel kennisgrensverleggend onderzoek gefinancierd door het Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek-Vlaanderen. Het project werd betoelaagd na selectie door het bevoegde FWO-expertpanel.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Milosevic Milorad
• Co-promotor: Peeters Francois
• Mandaathouder: Roelants Sam

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie van de gecondenseerde materie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project kadert in een onderzoeksopdracht tussen enerzijds UA en anderzijds Erasmus Mundus. UA levert aan Erasmus Mundus de onderzoeksresultaten genoemd in de titel van het project onder de voorwaarden zoals vastgelegd in voorliggend contract.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Milosevic Milorad

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie van de gecondenseerde materie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project kadert in een onderzoeksopdracht toegekend door de Universiteit Antwerpen. De promotor levert de Universiteit Antwerpen de onderzoeksresultaten genoemd in de titel van het project onder de voorwaarden zoals vastgelegd door de universiteit.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Milosevic Milorad
• Mandaathouder: Gillis San

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie van de gecondenseerde materie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project betreft fundamenteel kennisgrensverleggend onderzoek gefinancierd door het Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek-Vlaanderen. Het project werd betoelaagd na selectie door het bevoegde FWO-expertpanel.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Milosevic Milorad

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie van de gecondenseerde materie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project betreft fundamenteel kennisgrensverleggend onderzoek gefinancierd door het Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek-Vlaanderen. Het project werd betoelaagd na selectie door het bevoegde FWO-expertpanel.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Milosevic Milorad
• Co-promotor: Misko Vyacheslav

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie van de gecondenseerde materie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project betreft fundamenteel kennisgrensverleggend onderzoek gefinancierd door het Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek-Vlaanderen. Het project werd betoelaagd na selectie door het bevoegde FWO-expertpanel.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Milosevic Milorad
• Co-promotor: Berdiyorov Golibjon

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie van de gecondenseerde materie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het hoofddoel binnen dit project is de groei van metallische nanodraden gebaseerd op biomoleculaire templaten via de bottom-up aanpak grondig te begrijpen zodat de eigenschappen van de nanostructuren (zoals diameter en bedekking) controleerbaar worden. Dit doel zal worden nagestreefd door het effect op de morfologie van verschillende parameters tijdens de groei experimenteel te bestuderen. De informatie verkregen met TEM en AFM zal worden gecombineerd met een theoretische analyse van de mogelijke interacties.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bals Sara
• Co-promotor: Milosevic Milorad

Onderzoeksgroep(en)

• Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het huidige project is gericht op het numeriek oplossen van de Bogoliubov-deGennes gemiddelde veld vergelijkingen die supergeleiding op een microscopisch niveau beschrijven, terwijl vroegere werken zich voornamelijk beperkten tot macro-en mesoscopische aspecten. Voor dit doel zal ik een nieuwe methode ontwikkelen om verschillende inhomogene situaties te kunnen beschouwen: de aanwezigheid van onzuiverheden, oppervlakken en tussenvlakken en/of magnetische velden.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Peeters Francois
• Co-promotor: Milosevic Milorad
• Mandaathouder: Covaci Lucian

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie van de gecondenseerde materie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De afgelopen 20 jaar is er in de wetenschappelijke wereld veel aandacht gegaan naar de niet-conventionele supergeleiders. Binnen deze groep dook onlangs (2005) nog een andere klasse op - niet-centrosymmetrische supergeleiders (NCS). Deze hebben een kristalstructuur zonder inversiecentrum, en binnen dit project bestuderen we de exotische breking van zowel ruimtelijke- als tijdsinversiesymmetrie van supergeleidende fenomenen in mesoscopische NCS samples.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Milosevic Milorad

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie van de gecondenseerde materie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Terahertz (THz) wetenschap en technologie zijn hoogst toepasselijk over alle wetenschappelijke gebieden. Ondanks enkele al gerealiseerde THz bronnen, is er nog altijd gebrek van concept voor een single-chip en controleerbaar THz toestel. In dit project willen wij controle van THz straling bestudeeren in artificiëele supergeleidende/magnetische multilagen, of hoog-Tc en ferromagnetische supergeleiders, gebruikend de THz frequentie van Josephson plasmagolven en hun interactie met magnetische inclusies en/of extern veld.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Milosevic Milorad

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie van de gecondenseerde materie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Hybride nanostructuren, bestaande uit een supergeleidende en een ferromagnetische metallische component, worden recent erkend als een van de meest interessante studieobjecten, vooral omwille van de fascinerende eigenschap dat deze structuren twee antithesen in de fysica van de gecondenseerde materie in zich verenigen, m.n. supergeleiding en ferromagnetisme. Op nanometer schaal leidt deze combinatie tot verschillende zeer interessante aspecten voor zowel het fundamenteel als het toegepast onderzoek. Het doel is om dergelijke hybriede composieten op theoretische basis uit te werken en vervolgens te synthetiseren. Anderzijds is spintronics momenteel een zeer uitdagend en zich snel ontwikkelend domein binnen de fysica van de gecondenseerde materie dat zowel de spin als de lading van dragers in elektronische instrumenten beoogt te controleren. Spintronische samples combineren in zich de eigenschappen van magnetische en semi-geleidende materialen, waardoor zij geacht worden snel te zijn, niet-volatiel en versatiel, en in staat tot het simultane opslaan en verwerken van data aan een lage energie-kost.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Milosevic Milorad
• Mandaathouder: Milosevic Milorad

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie van de gecondenseerde materie

Project website

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Nieuwe eigenschappen in nano-gestructureerde halfgeleider ¿ magneet ¿ supergeleider hybriden zullen theoretisch onderzocht worden. Verschillende bi- en multi- component hybride structuren worden onderzocht met het oog op toegenomen functionaliteiten voor supergeleidende en spintronica devices. De voorgestelde samenwerking bestaat uit de groep 'Theorie van de gecondenseerde materie' (TGM/UA) en het 'Institute for Theoretical Sciences (ITS)' (University of Notre Dame, USA).

Onderzoeker(s)

• Promotor: Peeters Francois
• Co-promotor: Milosevic Milorad

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie van de gecondenseerde materie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Terahertz (THz) technologie is toepasselijk in verschillende wetenschappelijke gebieden. Ondanks de reeds gerealiseerde THz bronnen, is er nog altijd gebrek aan een enkel-chip en frequentie regelbaar THz toestel. In dit project willen wij de controle van THz straling bestuderen in artificiëele supergeleidende/magnetische multilagen, of hoge-Tc en ferromagnetische supergeleiders, door gebruikte maken van de THz frequentie van Josephson plasmagolven en hun interactie met magnetische inclusies en/of uitwendig veld.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Milosevic Milorad

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie van de gecondenseerde materie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De doelstelling van dit project is om efficiënte computationele methoden te ontwikkelen, gebaseerd op moderne iteratieve Krylov methoden, om lineaire en niet-lineaire Schrödingervergelijkingen op te lossen. Dit zal het mogelijk maken om in de theoretische behandeling over te gaan van de benaderende 2D beschrijving naar de realistische 3D beschrijving. Deze methoden zullen worden toegepast op concrete fysische problemen: het oplossen van de niet-lineaire tijdsafhankelijke en tijdsonafhankelijke Ginzburg-Landau vergelijking voor de studie van de votex-structuur en -dynamica in mesoscopische supergeleiders en het oplossen van de Schrödingervergelijking voor realistische kwantumstippen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vanroose Wim
• Co-promotor: Milosevic Milorad
• Co-promotor: Partoens Bart

Onderzoeksgroep(en)

• Toegepaste wiskunde

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Terahertz technologie is hoogst toepasselijk over alle wetenschappelijke gebieden. Ondanks enkele al gerealiseerde THz bronnen, is er nog altijd gebrek van concept voor een controleerbaar THz toestel. In dit project willen wij controle van THz straling bestudeeren in hoog-Tc en magnetische supergeleiders, en artificiële hybriden, gebruikend de THz frequentie van Josephson plasmagolven en hun interactie met magnetische inclusies en extern veld.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Milosevic Milorad

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie van de gecondenseerde materie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Onderzoeker(s)

• Promotor: Milosevic Milorad

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie van de gecondenseerde materie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het doel van dit project is nieuwe kwantum fenomenen te onderzoeken, gebaseerd op interactie tussen supergeleiders (SG) en ferromagneten (FM) wanneer die samengebracht worden op een nanoschaal. De vortexstructuren bestaande uit SG/FM hybride nanostructuren zullen theoretisch bestudeerd worden, in systemen zoals SG filmen met ingebedde FM clusters, en submicron 3D SG/FM samples.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Milosevic Milorad

Onderzoeksgroep(en)

• Theorie van de gecondenseerde materie

Project type(s)

• Onderzoeksproject