Onderzoeksgroep

Theorie van de gecondenseerde materie

Expertise

Expertise rond kwantumtheorie toegepast op nanoschaal en nano-gestructureerde materialen, met het oog op hun mechanische, elektronische, magnetische en optische eigenschappen. De gebruikte methologie is in de eerste plaats de dichtheidsfunctionaaltheorie (DFT), in de praktijk gebracht m.b.v. sterk geparallelliseerde computerberekeningen. Mijn huidige onderzoek draait rond nieuwe kwantumtoestanden in tweedimensionale materialen, zoals bvb. transitiemetaal dichalcogeniden, met een sterke focus op collectief kwantumgedrag van de elektronen, o.a. supergeleiding. DFT resultaten worden hiervoor gecombineerd met aangepaste kwantumveldentheorieën voor de beschrijving van deze collectieve kwantumtoestanden. Hierbovenop werd veel ervaring rond de werking van zonnecellen en andere energietoepassingen opgebouwd.

Ionair transport en faseovergangen in alkali-geïntercaleerde tweedimensionale materialen met actieve sturing. 01/11/2019 - 31/10/2023

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)

Onderzoeksgroep(en)

Transitiemetaal dichalcogeniden als uniek 2D platform voor collectief kwantumgedrag. 01/10/2018 - 30/09/2021

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)

Onderzoeksgroep(en)