Dynamika fázových přechodů a magnetoelektrická vazba v multiferoikách
| Thesis title in Czech: | Dynamika fázových přechodů a magnetoelektrická vazba v multiferoikách |
|---|---|
| Thesis title in English: | Dynamics of phase transitions and magnetoelectric coupling in multiferroics |
| Key words: | fonony|magnony|multiferoika|feroelektrika|magnetoelektrická vazba|fázové přechody|magnetismus |
| English key words: | phonons|magnons|multiferroic|ferroelectric|magnetoelectric coupling|phase transitions|magnetism |
| Academic year of topic announcement: | 2025/2026 |
| Thesis type: | dissertation |
| Thesis language: | |
| Department: | Department of Condensed Matter Physics (32-KFKL) |
| Supervisor: | RNDr. Stanislav Kamba, CSc. |
| Author: |
| Guidelines |
| Student/ka bude navštěvovat první tři semestry odborné přednášky (jednou týdně) na MFF UK a potom složí státní soubornou zkoušku.
Experimentální práce a další školení bude ve Fyzikálním ústavu AV ČR. Student obdrží stipendium od MFF UK a ještě plný plat od FZU. Školitel garantuje studentovi cesty na mezinárodní konference, kde přednese výsledky své práce. Po sepsání a obhájení disertační práce obdrží student PhD titul od MFF UK. |
| References |
| 1. C. Kittel, Introduction to solid state physics, John Wiley & Sons Inc 2018 or Czech edition Úvod do fyziky pevných látek, Academia, Praha 1985.
2. P. Brüesch, Phonons: Theory and Experiments I-III, Springer-Verlag, Berlin 1982 3. S. Dong, J.-M. Liu, S.-W. Cheong, and Z. Ren. Multiferroic materials and magnetoelectric physics: symmetry, entanglement, excitation, and topology. Adv. Phys. 64, 519-626 (2015). 4. S. Kamba. Soft-mode spectroscopy of ferroelectrics and multiferroics: A review. APL Materials 9, 020704 (2021). |
| Preliminary scope of work |
| Magnetoelektrická vazba v multiferoikách (tj. magneticky uspořádaných feroelektrikách) je v současné době žhavé téma fyziky pevných látek. Je to nejen kvůli bohatosti a složitosti fyzikálních problémů, ale také kvůli možným budoucím aplikacích ve stálých elektronických pamětech, elektrickým polem řízených spinových filtrech, magnetoelektrických sensorech atd.
Cílem této práce bude nejen studium dynamiky feroelektrických fázových přechodů, které jsou často vyvolané optickými měkkými fonony, ale také studium podstaty statické magnetoelektrické vazby (tj. změny statické magnetizace elektrickým polem) v různých multiferoikách. Dynamická magnetoelektrická vazba aktivující magnony v terahertzovém dielektrické spektru bude také studována. Takové magnetoelektrické excitace se nazývajíStu elektromagnony a ty mohou být obecně aktivovány jinými fyzikálními mechanismy než statická magnetoelektrická vazba. Elektromagnony a fonony budou studovány pomocí terahertzové, infračervené a Ramanovy spektroskopie při teplotách do 4 K a v některých případech i ve vnějším magnetickém či elektrickém poli. Statická magnetoelektrická vazba bude měřena pomocí PPMS a SQUID zařízení ve společné laboratoři FZU a MFF UK. Studované materiály budou ve formě monokrystalů, keramik i tenkých vrstev. Zaměříme se hlavně na multiferoika s hexaferitovou a orthoferitovou krystalovou strukturou, ale budeme studovat i moderní dvoudimensionální multiferoika s van der Wallsovou vazbou. |
| Preliminary scope of work in English |
| Magnetoelectric coupling in multiferroics (magnetically ordered ferroelectrics) is currently a hot topic in solid state physics, not only because of the richness and complexity of the physical problems, but also because of the future potential applications in non-volatile electronic memories, electric field-controlled spin filters, magnetoelectric sensors, etc.
The aim of this work will be not only to study the dynamics of ferroelectric phase transitions often driven by optical soft phonons, but also to study the origin of static magnetoelectric coupling (i.e., changes in static magnetization by electric field) in various multiferroics. The dynamic magnetoelectric coupling responsible for the activation of magnons in terahertz dielectric spectra will also be studied. Such magnetoelectric excitations are called electromagnons and can generally be activated by different mechanisms than static magnetoelectric coupling. Electromagnons and phonons will be investigated using terahertz, infrared and Raman spectroscopy down to liquid helium temperatures and in some cases under the influence of external magnetic and electric fields. Static magnetoelectric coupling will be measured with PPMS and SQUID instruments in the joint laboratory of FZU and MFF UK. Various materials in the form of single crystals, ceramics and thin films will be investigated. The focus will be on multiferroics with hexaferrite and orthoferrite crystal structures, but also on modern two-dimensional multiferroics with van der Walls bonds. |