diplomová práce

Infračervená magneto-spektroskopie polovodičů Rashbova typu

Text práce 8.45 MB

Autor práce: Ing. Marek Šikula

Ak. rok: 2014/2015

Vedoucí: RNDr. Milan Orlita, Ph.D.

Oponent: doc. Mgr. Adam Dubroka, Ph.D.

Abstrakt:

Optická odezva BiTeX (X = I, Cl, Br) polovodičových materiálů s obřím spinovým štěpením Rashbova typu je studována za nízkých teplot do vysokých magnetických polí, kde je směr magnetické indukce kolmý na povrch vzorku (Faradayova konfigurace). Na rozdíl od reflexního uspořádání nám transmisní uspořádání umožňuje přímé pozorování přechodů mezi Landauovými hladinami v blízkosti křižiště vodivostních pásů - Diracův bod. Optická odezva BiTeX sloučenin je srovnána s teoretickým modelem spočteným v rámci Kubo-Greenwoodova formalismu z Rashbova hamiltonianu.

Klíčová slova:

BiTeX sloučeniny, obří spinové štěpení Rashbova typu, Landauovy hladiny, infračervená magneto-spektroskopie

Termín obhajoby

23.6.2015

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znakmkaAznamka

Klasifikace

A

Jazyk práce

angličtina

Fakulta

Ústav

Studijní program

Aplikované vědy v inženýrství (M2A-P)

Studijní obor

Fyzikální inženýrství a nanotechnologie (M-FIN)

Složení komise

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc. (člen)
prof. RNDr. Jiří Komrska, CSc. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Ivan Křupka, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

Posudek vedoucího
RNDr. Milan Orlita, Ph.D.

Předložená diplomka shrnuje výsledky více než roční práce Bc. Marka Šikuly v oblasti magneto-optické spektroskopie polovodičů se silným spinovým štěpením elektronických stavů Rashbova typu, které
představují novou třídu materiálů ve dnešní spintronice. Do projektu studia těchto systémů se Marek
zapojil během svého pobytu v Národní laboratoři silných magnetických (CNRS) v Grenoblu, který jako
student VUT Brno absolvoval v roce 2014 (únor-srpen) v rámci výměnného programu Erasmus. Od
samého počátku Marek přistupoval velmi aktivně a samostatně ke všem zadaným úkolům, které
zahrnovaly přípravu tenkých vrstev studovaných materiálů, jejich charakterizaci pomocí optických a
transportních technik, následná magneto-reflexní a magneto-transmisní měření v silných magnetických
polích, interpretaci získaných dat, stejně tak jako modelování těchto dat na základě dostupného
teoretického popisu elektronové pásové struktury BiTeX materiálů (standardní Rashbův model
spin-orbitální interakce). Obzvláště důležitým byl Markův přínos v technologii přípravy tenkých vrstev,
které umožnily předtím nerealizovatelné transmisní experimenty ve střední infračervené spektrální
oblasti a rozhodující podíl měl Marek také na modelování experimentálních dat. Jednotlivé úkoly
vyplývající z řešeného projektu Marek v průběhu celého uplynulého roku plnil spíše jako zkušený
doktorand než student inženýrského cyklu. Nutnou součástí Markovy práce byla i formulace a (úspěšné)
podání projektu (GSC31-114: High-field magneto-transmission of BiTeI and BiTeCl, EMFL call 114), který
umožnil v říjnu a listopadu 2014 realizovat rozhodující část optických experimentů v silných magnetických
polích, které jsou v předložené práci prezentovány. Výsledky jsou momentálně připravovány k publikaci ve
spolupráci s kolegy z University of Strathclyde a Budapešťské techniky (Dr. M. V. Yakushev a Dr. S.
Bordacs). Hlavním výsledkem této diplomové práce je stanovení limitů platnosti jednoduchého Rashbova
modelu pro BiTeI a BiTeBr. Porovnání experimentálních dat s teoretickým modelem jasně ukazuje
vhodnost tohoto modelu pro kvalitativní popis vodivostního pás v obou těchto materiálech, jeho
jednoduchost však již neumožnuje dosáhnout kvantitativní shody teorie s experimentálními daty.
Diplomová práce Marka Šikuly je napsána v anglickém jazycem, její text má šedesát stran je rozčleněn do
osmi na sebe navazujících kapitol. Vlastní text práce začíná stručným ůvodem do tematiky polovodičů se
silným spinovým štěpením elektronických stavů Rashbova typu, pokračuje popisem přípravy vzorků a
jejich charakterizace. Jádrem práce jsou kapitoly 5-7, kde je prezentována většina z experimentálních
výsledků práce spolu s teoretickými modely. Také po formální stránce má diplomová práce velmi zdařilá,
místy by čtivosti anglického textu prospěly drobné reformulace/korekce, to však nic nemění na vysoké
úrovni této práce.
Předloženou diplomovou práci doporučuji k obhajobě a navrhuji hodnocení A.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Známka navržená vedoucím: A

Předkládaná diplomová práce pojednává o měření a jejich interpretaci materiálů BiTeI, BiTeCl a BiTeBr  s obřím štěpením Rashbova typu pomocí infračervené spektroskopie v  magnetických polích až 35 T.

Kapitola druhá a třetí předkládané práce je věnovaná podrobnému úvodu do fyzikálního pozadí a popisu Rashbova štěpení, Landauových hladin a do studovaných materiálů. Velmi oceňuji podrobnost a čitelnost tohoto úvodu do této velmi specifické problematiky, která může být užitečná pro studenty začínající v této oblasti. Kapitola čtvrtá je věnována přípravě vzorků, která se ukázala být jedním z klíčových bodů experimentu. Jednalo se o přípravu vzorků o tloušťce několika málo mikrometrů tak, aby byl měřitelný signál i z oblastí blízko plasmové hrany, kde pro tlustší vzorky je již signál neměřitelně malý. Autorovi se tak podařilo  získat data z frekvenční oblasti, která zatím nebyla publikovaná. Kapitola pátá je věnovaná popisu měření a výsledkům jak na aparatuře se supravodivým magnetem pro pole do 13 T, tak s rezistivním magnetem pro pole do 35 T. Tyto experimenty byly vykonány během pobytu v národních laboratořích intenzivních magnetických polí v rámci CNRS v Grenoblu ve Francii. Aby autor mohl porovnat a interpretovat měřené výsledky, kapitola šestá je věnovaná výpočtu infračervené propustnosti na základě Kubo-Greenwoodovy formule a spektra Landauových hladin systému odpovídající jednoduchému modelu Rashbova štěpení. Výsledky  experimentu jsou kriticky srovnány s výsledkem výpočtu v kapitole sedmé. Je konstatována dobrá kvalitativní shoda. V určitých kvantitativních parametrech se výpočet liší, což je interpretováno jako odchylka od jednoduchého parabolického průběhu pásové struktury, která byla předpokládaná pro výpočet.

Diplomová práce je svým obsahem velmi moderní jak co se týče studovaných materiálů, které spadají do oblasti spintroniky, tak vybraných metod a to infračervené spektroskopie v extrémních magnetických polích až do 35 T. Taková měření jsou možná jen na několika málo místech na světě.  Zpracování práce je velmi pečlivé, jak co se týče velmi dobré jazykové úrovně angličtiny, tak obsahové, kdy práce je velmi informativní, přehledná a dobře čitelná. Velmi oceňuji netriviální výpočty provedené v práci nutné pro kvantitativní srovnání s experimentem. Celkově tak práce představuje velmi kvalitní a sebevědomý vědecký výsledek, který je rozhodně publikovatelný a velmi pravděpodobně i publikovaný bude. Nemám tedy žádných pochyb o celkovém hodnocení této práce známkou A a navrhuji komisi tuto práci přijmout jako úspěšnou diplomovou práci.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A

Známka navržená oponentem: A