MARC

 008250123s2024        us                              c    eng  d
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■020    ▼a9798382788708
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI31327470
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a530
■1001  ▼aQian,  Tiema.
■24510▼aTuning  Magnetism  and  Superconductivity  in  Topological  Material  Candidates
■260    ▼a[Sl]▼bUniversity  of  California,  Los  Angeles▼c2024
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2024
■300    ▼a163  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  85-12,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Ni,  Ni.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  California,  Los  Angeles,  2024.
■520    ▼aSince  the  theoretical  proposals  of  topological  phases  of  matter  and  topological  phase  transitions,  the  experimental  realization  of  topological  materials  and  associated  emerging  phenomena  had  become  an  essential  goal  in  condensed  matter  physics.  The  experimental  discoveries  of  the  quantum  Hall  effect  (QHE),  the  quantum  spin  Hall  effect  (QSHE),  and  three-dimensional  (3D)  time-reversal  symmetry  protected  topological  insulators  (TIs)  further  sparked  intensive  research  effort,  leading  to  a  kaleidoscope  of  topological  phases  and  realizations  of  diverse  topological  materials,  such  as  Dirac  semimetals,  Weyl  semimetals,  magnetic  topological  insulators,  topological  superconductor,  etc.  A  topological  phase  of  matter  is  distinguished  from  trivial  materials  by  showing  a  nonzero  topological  invariant  and  topologically  protected  surface  states,  which  result  in  exotic  phenomena  in  its  transport,  thermodynamic,  optical  and  other  physical  properties.  Practically,  new  topological  phases  may  be  realized  by  combining  the  topological  band  structure  with  other  physical  aspects.  For  example,  breaking  time  reversal  symmetry  in  an  existing  TI  by  introducing  ferromagnetism  or  net  magnetization,  a  gaped  surface  state  with  dissipationless  edge  conduction  may  emerge,  resulting  in  the  quantum  anomalous  Hall  effect  (QAHE)  in  the  absence  of  external  magnetic  field.My  thesis  focuses  on  the  study  of  topological  materials  with  two  major  research  themes.  One  is  the  synthesis,  characterization  and  tuning  of  ternary  Mn-Bi-Te  magnetic  topological  insulators,  including  the  synthetic  exploration  of  new  magnetic  topological  insulators,  with  a  focus  on  the  investigation  of  the  interplay  of  magnetism  and  band  topology  through  doping  and  external  pressure.  The  other  involves  investigating  proposed  topological  superconductor  candidates  through  external  stimuli,  such  as  uniaxial  strain  and  hydrostatic  pressure,  to  enhance  our  understanding  of  superconductivity  in  such  material  systems.QAHE  was  first  realized  in  magnetically  doped  TI  Cr0.15(Bi0.1Sb0.9)0.85Te0.3  thin  film  in  2013.  However,  doped  materials  brought  inevitable  sample  inhomogeneity,  and  thus  the  phenomenon  was  only  observed  at  very  low  temperature,  in  the  range  of  mK.  To  overcome  this  material  challenge,  it  is  believed  that  intrinsic  magnetic  TIs,  i.e.,  stoichiometric  magnetic  TIs  without  doping,  will  be  superior  due  to  their  higher  magnetic  and  electronic  homogeneity  compared  to  doped  materials.  The  first  intrinsic  magnetic  TI  MnBi2Te4  was  discovered  in  2018.  It  is  an  antiferromagnetic  (AFM)  TI  with  van  der  Wall  (vdW)  coupling  that  orders  below  24  K.  Its  spins  align  ferromagnetically  (FM)  in  individual  planes  but  AFM  between  neighboring  layers.  Due  to  its  vdW  nature,  it  can  be  exfoliated  and  fabricated  into  oddlayer  devices  with  net  magnetization,  theoretically  proposed  as  QAH  insulators,  or  into  even-layer  devices  that  preserve  AFM,  proposed  as  axion  insulators.  QAH  effect  was  soon  observed  experimentally  at  1.6  K  and  zero  field  in  a  5-layer  device  with  Hall  signal  plateau  at  0.998h/e2  while  Layer  Hall  effect  and  quantum  metric  nonlinear  Hall  effect  were  observed  in  6-layer  devices.  To  better  engineer  the  magnetic  properties  of  this  family,  growth  trails  had  led  to  the  discovery  of  new  intrinsic  magnetic  TIs  that  with  alternating  [Bi2Te3]  and  magnetic  [MnBi2Te4]  layers,  forming  the  natural  heterostructural  series  of  MnBi2nTe3n+2.  In  this  family  of  compound,  Mn  layer  is  brought  apart  by  adding  more  layers  of  Bi2Te3,  causing  the  phase  to  eventually  evolve  from  AFM  TI  in  MnBi2Te4  to  FM  axion  insulator  in  MnBi8Te13.Although  field-induced  quantized  Hall  conductance  has  been  reported  by  a  few  groups  in  both  odd-  and  even-layer  MnBi2Te4  devices,  there  is  only  one  report  showing  the  observation  of  zero-field  QAHE.  Several  major  reasons  why  it  remains  challenging  to  realize  QAH  in  this  system:  chemical  disorders  in  the  bulk  samples;  chemical  disorders  introduced  during  the  device  fabrication  process;  weak  net  magnetism  in  odd-layer  devices.  Synthesis  efforts  are  needed  to  reduce  the  chemical  disorders,  particularly  the  MnBi  antisites  that  are  most  detrimental  to  the  realization  of  a  universal  surface  gap  and  thus  QAH,  to  improve  the  outcome  while  the  weak  net  magnetism  in  devices  can  be  addressed  by  achieving  a  ferromagnetic  (FM)  ground  state  in  bulk  sample.  Mn(Bi1−xSbx)2Te4  was  made  with  the  hope  that  it  might  address  the  problems.  The  doping  indeed  induces  FM  ground  state  of  the  Mn  sublattice.  However,  it  also  significantly  increases  the  MnBi  antisite  concentration  from  around  2%  to  about  16%,  forming  a  secondary  FM  Mn  sublattice  that  aligns  antiferromagnetically  with  the  dominant  Mn  sublattice.  As  a  result,  the  Hall  conductance  in  devices  made  from  Sb-doped  samples  is  far  from  the  quantization  value.  Therefore,  progress  in  solving  this  outstanding  material  challenge  remains  unsatisfactory.  The  theme  of  my  thesis  work  on  the  Mn-Bi-Te  system  focuses  on  addressing  these  issues  by  conducting  doping  trials  to  suppress  MnBi  antisites  (chapter  3),  investigating  the  competition  between  FM  and  AFM  energy  scales  in  the  system  (chapter  4),  and  searching  for  new  magnetic  topological  insulators.  (Abstract  shortened  by  ProQuest).
■590    ▼aSchool  code:  0031.
■650  4▼aCondensed  matter  physics
■650  4▼aQuantum  physics
■650  4▼aMaterials  science
■653    ▼aCrystal  growth
■653    ▼aMagnetism
■653    ▼aSuperconductors
■653    ▼aTopological  materials
■653    ▼aQuantum  Hall  effect
■690    ▼a0611
■690    ▼a0599
■690    ▼a0794
■71020▼aUniversity  of  California,  Los  Angeles▼bPhysics  0666.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g85-12B.
■790    ▼a0031
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2024
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17162202▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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