Theoretical study of disorder and proximity effects in three-dimensional models of topological insulators
Aquest doctorat. El projecte cobreix les investigacions sobre aïllants topològics (TI) de la família Bi2Se3 amb diferents defectes i l'estudi d'efectes de proximitat de TI a la heteroestructura de grafè amb TI. La primera part d'aquest projecte se centra principalment en l'efecte...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2018 |
| País: | España |
| Institución: | CBUC, CESCA |
| Repositorio: | TDR. Tesis Doctorales en Red |
| OAI Identifier: | oai:www.tdx.cat:10803/663940 |
| Acceso en línea: | http://hdl.handle.net/10803/663940 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Aïllant topològic Aislador topológico Topological insulator Teoria funcional de la densitat Teoría funcional de la densidad Density functional theory Mètode de vinculació estanca Método de enlace apretado Tight binding method Ciències Experimentals 538.9 |
| Sumario: | Aquest doctorat. El projecte cobreix les investigacions sobre aïllants topològics (TI) de la família Bi2Se3 amb diferents defectes i l'estudi d'efectes de proximitat de TI a la heteroestructura de grafè amb TI. La primera part d'aquest projecte se centra principalment en l'efecte del desordre en les propietats electròniques de TI amb gruix ultrafí (<3 nm). S’ha trobat que la manca de coincidència de rotació entre capes quíntuples de TI pot augmentar el “gap” de volum dels TI però preservar la textura d'espín tipus Rashba en l'estat de la superfície; mentre que la hidrogenació en una superfície de TI pot ajudar a reduir l'efecte túnel quàntic i tancar el “gap” de superfície en el punt Γ amb la textura d'espín tipus Rashba per a la pel·lícula TI ultrafina. A més, aquest esquema també pot crear un altre punt Dirac (DP) en el punt M amb textura de spin tipus Dresselhaus. La segona part del projecte investiga els efectes de proximitat de TI dins de la heteroestructura de grafè / TI i el DP en el grafè es plega des del punt K / K 'a Γ punt de la zona Brillouin, a causa del plegament de la banda, trobant que l'alineació entre el substrat de TI i el grafè té un paper clau en la formació de l'estructura de la banda i la textura d'espín del grafè. La configuració d'apilament "hollow" podria induir la distorsió d'unió de Kekulé a la capa de grafè, donant com a resultat l'engrandiment del “gap” (3.2 meV) i el Rashba SOC, el que dóna com a resultat la precessió d'espín propera al Γ punt . A més, aquesta textura atípica de Rashba espín fa que la component d'espín fora del pla disminueixi gradualment a mesura que el punt k s'allunya del punt Γ, el que porta a la anisotropia de gir a la capa de grafè. D'altra banda, la configuració d'apilament "bridge" o "top" podria portar l'evident divisió de la banda en direcció lateral, que podria ser l'origen de l'efecte Edelstein en la capa de grafè; no obstant, no hi ha una anisotropia d'espín evident en aquesta configuració. Totes les primeres dues parts s’han dut a terme a través del càlcul de teoria funcional de la densitat (DFT) i s’ha construït un model d'unió ajustada (TB) per als resultats de DFT per tal de proporcionar una explicació analítica de l'estructura de la banda i la textura de l'spin de grafè en el dispositiu de heteroestructura. L'última part d'aquest doctorat. L'activitat de recerca se centra en estudiar l'efecte d'impureses magnètiques i no magnètiques amb un esquema de dopatge aleatori sobre les propietats electròniques dels TI. El càlcul numèric basat en el model 3D Fu-Kane-Mele TB mostra que el dopatge no magnètic en la superfície de TI només pot induir el potencial in situ a la superfície DP i elevar-lo cap amunt, preservant la textura estàndard d'espín tipus Rashba; paral·lelament, el dopatge magnètic podria trencar la simetria d'inversió de temps i obrir el “gap” de superfície amb l'anisotropia d'espín també, el que significa que la component d'espín fora del pla en la superfície TI dopada magnèticament disminueix gradualment a mesura que el punt k s'allunya del Γ punt. Els treballs de recerca en aquest projecte podrien proporcionar una guia per a la llista d'experiments sobre les propietats electròniques de TI amb diferents tipus de defectes i impureses (magnètics i no magnètics); particularment, l'estudi dels efectes de proximitat en els TI podrien explicar el fenomen fonamental bàsic observat en aquest dispositiu per a l'estudi de la dinàmica d'espín en el laboratori. |
|---|