Teoretické studium nízkoenergetických excitací v redukovaných rozměrech materiálů
Loading...
Date
Authors
Navarro Giraldo, Jorge Andres
ORCID
Advisor
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT
Abstract
V této práci zkoumáme elektronické vlastnosti grafenu a grafitu v mezích redukované dimenzionality, tj. když jsou elektrony efektivně omezeny na jednu (1D) nebo dvě dimenze (2D). Výběr těchto materiálů je veden jejich pozoruhodnými vlastnostmi a různými elektronickými režimy, kterých lze dosáhnout při nízkých teplotách a za působení vnějších magnetických polí. Zaměřujeme se na teoretický popis jejich základního elektronického stavu a nízkoenergetických excitací a jak se projevují při magnetospektroskopickém měření. Využitím různých analytických, numerických a ab-initio teoretických metod k predikci a podpoře experimentálních výsledků magnetooptické spektroskopie a měření elektronického transportu zkoumáme tři problémy, které vyzdvihují množství vyvstávajících fyzikálních jevů: i) vznik vln hustoty spinu v grafitu v důsledku přechodu od 3D k 1D elektronickému chování při vysokých magnetických polích, ii) slabou lokalizaci v grafenu vyvstávající ze zvýšeného koherentního elektronického transportu ve 2D systému a její detekci sub-THz magnetospektroskopií a iii) souhru mezi grafenem a jednomolekulárními magnety, která kombinuje pozoruhodnou laditelnost elektronických vlastností grafenu s magnetismem na molekulární hranici.
In this thesis, we investigate the electronic properties of graphene and graphite in the limit of reduced dimensionality, i.e., when electrons are effectively confined to one (1D) or two dimensions (2D). The selection of these materials is driven by their remarkable properties and different electronic regimes that can be achieved at low temperatures and under external magnetic fields. We focus on the theoretical description of their electronic ground state and low-energy excitations and how they manifest in a magneto-spectroscopic measurement. Employing various analytical, numerical, and ab initio theoretical methods to predict and support experimental results of magneto-optical spectroscopy and electronic transport measurements, we investigate three problems that highlight the plethora of physical phenomena emerging in them: i) the formation of spin-density waves in graphite due to the crossover from 3D to 1D electronic behavior at high magnetic fields, ii) the weak localization in graphene arising from the enhanced coherent electronic transport in a 2D system and its detection by sub-THz magneto-spectroscopy, and iii) the interplay between graphene and single-molecule magnets, which combine the notable tuneability of the electronic properties of graphene with magnetism at the molecular limit.
In this thesis, we investigate the electronic properties of graphene and graphite in the limit of reduced dimensionality, i.e., when electrons are effectively confined to one (1D) or two dimensions (2D). The selection of these materials is driven by their remarkable properties and different electronic regimes that can be achieved at low temperatures and under external magnetic fields. We focus on the theoretical description of their electronic ground state and low-energy excitations and how they manifest in a magneto-spectroscopic measurement. Employing various analytical, numerical, and ab initio theoretical methods to predict and support experimental results of magneto-optical spectroscopy and electronic transport measurements, we investigate three problems that highlight the plethora of physical phenomena emerging in them: i) the formation of spin-density waves in graphite due to the crossover from 3D to 1D electronic behavior at high magnetic fields, ii) the weak localization in graphene arising from the enhanced coherent electronic transport in a 2D system and its detection by sub-THz magneto-spectroscopy, and iii) the interplay between graphene and single-molecule magnets, which combine the notable tuneability of the electronic properties of graphene with magnetism at the molecular limit.
Description
Keywords
Grafen; Grafit; Magnetooptická spektroskopie; Vlny hustoty spinu, Elektronický transport; Koherentní elektronický transport, Slabá lokalizace, Jednomolekulární magnety, Hartreeho-Fockova aproximace, Teorie funkcionálu hustoty, Kompletní aktivní prostor soběstačné aproximace pole., Graphene, Graphite, Magneto-optical spectroscopy, Spin-density waves, Electronic transport, Coherent electronic transport, Weak localization, Single-molecule magnets, Hartree-Fock approximation, Density functional theory, Complete-active space self-consistent field approximation.
Citation
NAVARRO GIRALDO, J. Teoretické studium nízkoenergetických excitací v redukovaných rozměrech materiálů [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT. 2024.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Pokročilé nanotechnologie a mikrotechnologie
Comittee
prof. Ing. Radimír Vrba, CSc. (předseda)
prof. Ing. Jan Čechal, Ph.D. (místopředseda)
Dr. Mark-Oliver Goerbig (člen)
RNDr. Dana Nachtigallová, Ph.D. (člen)
Doc. Mgr. Adam Dubroka, Ph.D. (člen)
Prof. Mgr. Dominik Munzar, Dr. (člen)
Date of acceptance
2024-09-03
Defence
Disertační práce pana Navarro Giralda zkoumá elektronické vlastnosti grafenu a grafitu v mezích redukované dimenzionality, tj. když jsou elektrony efektivně omezeny na jednu (1D) nebo dvě dimenze (2D). Výběr těchto materiálů je veden jejich pozoruhodnými vlastnostmi a různými elektronickými režimy, kterých lze dosáhnout při nízkých teplotách a za působení vnějších magnetických polí. Práce se zaměřuje na teoretický popis jejich základního elektronického stavu a nízkoenergetických excitací a jak se projevují při magnetospektroskopickém měření. Všechna témata práce jsou silně relevantní v moderních vědách o kvantových materiálech v nanoměřítku a můžou mít silný dopad v příslušných oborech. Práce je aktuální a stanovené cíle byly splněny. V průběhu obhajoby pana Navarro Giraldo prokázal výbornou orientaci ve zkoumané problematice a svoji připravenost dál věděcky pracovat. Na dotazy oponentů a členů komise odpověděl výborně.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení