Ab initio beschrijving van multicomponent supergeleiding in bulk en atomair dunne materialen

Datum: 7 mei 2018

Locatie: Campus Groenenborger, U.024 - Groenenborgerlaan 171 - 2020 Antwerpen (route: UAntwerpen, Campus Groenenborger)

Tijdstip: 15 uur

Organisatie / co-organisatie: Departement Fysica

Promovendus: Jonas Bekaert

Promotor: Milorad Milošević, Bart Partoens

Korte beschrijving: Doctoraatsverdediging Jonas Bekaert - Faculteit Wetenschappen, Departement Fysica



Abstract

In deze thesis wordt een ab initio beschrijving van supergeleidende condensaten bestaande uit meerdere componenten ontwikkeld. Zulke multicomponent supergeleiding kan voortkomen uit een elektronische structuur met meerdere banden, uit spinvrijheidsgraden, het aanwezig zijn van verschillende interacties, enzovoort.

Het startpunt voor deze beschrijving is een volledige karakterisatie van de structurele, elektronische en vibrationele eigenschappen van een bepaald materiaal, bekomen met dichtheidsfunctionaaltheorie. Dit wordt in deze thesis gekoppeld aan een kwantumveldentheorie voor de supergeleidende toestand ontstaan uit elektron-fonon interactie, Eliashbergtheorie genaamd. Deze methodologie maakt het mogelijk om nieuwe eigenschappen van multicomponent supergeleiders, met afmetingen die variëren van bulk tot atomair dun, te ontdekken.

Om te beginnen onderzoeken we hoe de bandcondensaten van een samengestelde stof, afkomstig van verschillende elektronische banden, gekoppeld zijn en hoe dit de temperatuursevolutie van de supergeleidende toestand en de interactie met een aangelegd magnetisch veld beïnvloedt. Vervolgens wordt er een nieuwe aanpak ontwikkeld om systemen te beschrijven waarin niet enkel roostertrillingen maar ook spinfluctuaties, ten gevolge van een concurrerende magnetische fase, een rol spelen. Dit biedt nieuwe inzichten in de multicomponent supergeleiding van recent ontdekte supergeleiders gebaseerd op het element ijzer, waarvoor bewezen wordt dat de supergeleiding conventioneel van aard is, maar sterk verzwakt door ferromagnetische spinfluctuaties.

In het tweede deel van deze thesis wordt multicomponent supergeleiding in atomaire dunne materialen onderzocht. Hiervoor werd gevonden dat het supergeleidende spectrum verrijkt is door een in deze limiet tevoorschijn komende oppervlaktetoestand, wat geleid heeft tot ontdekking van een supergeleidende toestand met drie bandkloven in een monolaag, waarvan de eigenschappen diepgaand veranderen wanneer er extra lagen toegevoegd worden. De kritische temperatuur van deze nieuwe monolaag driecomponentsupergeleider is relatief hoog, dankzij de koppeling tussen de componenten, en we bewijzen hier dat deze nog verhoogd kan worden door middel van deformatie van het kristalrooster (“strain”) en van adatomen.

Ten slotte worden atomair dunne materialen geëxploreerd waarin de supergeleidende toestand samen voorkomt met andere nieuwe kwantumtoestanden, wat tot nieuwe fysica leidt ten gevolge van de wisselwerking tussen de toestanden. Samenvattend draagt deze thesis bij tot een beter begrip van de rol van interacties op de atomaire schaal in de opkomende multicomponent supergeleiding, en hoe deze evolueert als functie van de dimensionaliteit.



Link: https://www.uantwerpen.be/wetenschappen