Epitaxiale oxiden

Alle fysische eigenschappen in vaste stof materialen vloeien voort uit een specifieke ordering van de atomen, zowel in kristal als amorfe vorm. Voor systemen zoals metaaloxiden spelen vaak ook andere parameters een belangrijke rol, zoals de valentietoestand en compositie. Ofschoon we in principe een oneindig aantal mogelijke atomische configuraties zouden kunnen voorstellen, blijkt dat wanneer een voldoende aantal atomen samenkomt en een kristal vormt, er slechts 230 structurele configuraties bestaan die stabiel zijn. Dit volgt uit symmetrie, welke ook toelaat om deze configuraties op te delen in ruimtegroepen gegroepeerd in 7 kristalroosters. Bovendien blijkt dat onder specifieke condities slechts één structuur stabiel is, hoewel andere configuraties hier energetisch niet ver van liggen. Derhalve resulteert dit vaak in fase transities die plaatsvinden bij verschillende temperaturen en druk. Echter blijkt dat materialen bij een reductie van dimensies of in contact met andere kristalstructuren via epitaxiale spanning, andere metastabiele structuren kunnen aannemen. Het onderzoeken van deze toestanden, zowel numeriek als experimenteel, is de hoofddoelstelling van dit PhD project. Sinds de ontdekkingen omtrent 2D grafeen, is er een enorme vooruitgang in de studie van 2D materialen. Dit heeft ook geresulteerd in de ontdekking van nieuwe topologische eigenschappen welke gerelateerd zijn met de gereduceerde dimensies, zoals kwantum anomaal Hall effect. Hoewel sterke elektron-elektron correlaties resulteren in interessante fysische eigenschappen in transitie metaaloxiden (bv. hoge temperatuur supergeleiding, metaal-isolator transities, etc.), is hun rol in 2D materialen en hun effect op topologische eigenschappen onvoldoende begrepen. Het bestuderen en begrijpen hiervan zal het eerste deel van deze thesis vormen. Het tweede deel van de thesis zal verschillende onconventionele epitaxiale spanning methodes bestuderen om nanokristallen te creëren en te manipuleren. De methodologie bevat een reeks numerische ab initio methoden om de nieuwe eigenschappen te voorspellen en begrijpen. Experimenteel onderzoek zal gebeuren door de groei van dunne films met behulp van molecular beam epitaxy (MBE) gevolgd door een extensieve karakterisatie. Dit bevat x-ray diffractie, x-ray foto-emissie, optische spectroscopie, alsook magnetoelektrisch transport metingen in functie of temperatuur.