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)
Onderzoeksgroep(en)
Project type(s)