Väitös teknillisen fysiikan alalta, M.Sc. Mohammad Amini

Väitöskirjan nimi: Manipulating Quantum States in 2D Ferroics

Tohtoriopiskelija: Amini Mohammad
Vastaväittäjä: tutkimusprofessori José Pascual, Basque Foundation for Science, Espanja
Kustos: professori Peter Liljeroth, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu, teknillisen fysiikan laitos

Viimeisten 20 vuoden aikana kokeellinen kiinteän olomuodon fysiikka on kokenut merkittävän muutoksen. Grafeenin löytö on mullistanut alan ja lisännyt huomattavasti kiinnostusta 2D-materiaalien tutkimukseen. Tämän jälkeen on löydetty monia van der Waals (vdW) 2D-materiaaleja, joilla on erilaisia esimerkiksi ferrosähköisiä, ferromagneettisia tai multiferroisisia ominaisuuksia.

Tässä väitöskirjassa keskitytään tällaisten 2D-järjestelmien valmistamiseen ja tutkimiseen. Van der Waals heterorakenteet voidaan syntetisoida käyttäen molekyylisuihku-epitaksiaa (MBE) ja niiden atomitason ominaisuudet karakterisoidaan käyttämällä pyyhkäisytunnelointimikroskopiaa (Scanning tunneling microscopy, STM) kryogeenisissä lämpötiloissa. Tällä tavalla voidaan suunnitella uudenlaisia designer-materiaaleja, joiden ominaisuuksia on vaikea löytää luonnossa esiintyvistä materiaaleista.

Ensimmäinen aihe väitöskirjassa käsittelee keinotekoisia multiferroisia materiaaleja, jotka saavutamme kasvattamalla magneettisia rautaftalosyaniinimolekyylejä (FePc) ferrosähköisen yksikerroksisen vdW materiaalin (tinatelluridi, SnTe) päälle. Tämä mahdollistaa molekyylin orbitaalijärjestystä voidaan kontrolloida käyttämällä SnTe:n ferrosähköisiä ominaisuuksia.

Toiseksi tutkimme magnoneja ferromagneettisessa yksikerrosmateriaalissa (CrBr3). Näytämme, kuinka magnonien energiaspektriä voidaan muokata CrBr3:n ja alustana toimivan grafiitin (highly oriented pyrolytic graphite, HOPG) välisen moiré-kuvion avulla. Tämä on ensimmäinen esimerkki tämän ilmiön tutkimuksesta atomitasolla STM:n avulla.

Lopuksi tutkimme ensimmäistä tunnettua 2D-multiferroista materiaalia, nikkelidijodidia (NiI2) atomitasolla. Näytämme ensimmäistä kertaa multiferroisten ominaisuuksien olemassaolon tässä järjestelmässä STM:n avulla. Kokeemme mahdollistavat multiferroisuuden mekanismin ymmärtämisen atomitasolla. Lisäksi tutkimme kytkentää magnetismin ja ferrosähköisyyden välillä manipuloimalla multiferroisia domain-rajoja ulkoisilla magneetti- ja sähkökentillä.

Tämä väitöskirja tarjoaa yleiskatsauksen 2D-järjestelmistä, joissa esiintyy uusia ferroisia ominaisuuksia, ja raivaa tietä edelleen kiinteän olomuodon fysiikan ja kvanttimateriaalien tutkimuksen edistymiselle.

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 10 päivää ennen väitöstä): https://aaltodoc.aalto.fi/doc_public/eonly/riiputus/ 

Yhteystiedot:

Perustieteiden korkeakoulun väitöskirjat: https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/52