Effet Hall anormal quantique pour la structure en treillis Kagome 2D

Quantum Anomalous Hall Effect for 2D kagome lattice structure

• Auteur / Autrice : Waquar Ahmed
• Direction : Roland Hayn, Steffen Schaffer
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : PHYSIQUE & SCIENCES DE LA MATIERE - Spécialité : MATIERE CONDENSEE et NANOSCIENCES
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2024
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IM2NP - Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence

Mots clés

Mots clés libres

Effet Hall quantique anormal

Dispositifs semi-conducteurs

Treillis Kagome

Quantum anomalous Hall effect

Semiconductor Devices

Kagome lattice

Chern number

Spin coupling

Topological insulators

Résumé

Les états topologiques de la matière sont un sujet fascinant tant en physique fondamentale qu'appliquée. Par exemple, l'effet Hall anormal quantique (QAHE), c'est-à-dire le QHE sans champ magnétique externe, permet un transport d'électrons sans dissipation sur les bords d'un nanodispositif bidimensionnel (2D), ce qui serait d'une importance extrême dans la nanoélectronique du futur. Les matériaux très prometteurs pour lesquels un tel QAHE pourrait être attendu sont les monocouches métallo-organiques avec un réseau kagome d'ions métalliques qui ont été récemment synthétisés dans l'IM2NP et dans d'autres laboratoires du monde entier. Le sujet de la thèse est d'étudier la possibilité de réaliser le QAHE dans ces systèmes kagome ou similaires par une combinaison de calculs ab-initio et de modèles, en poursuivant les premières études utilisant la théorie fonctionnelle de la densité (DFT). La structure de la bande DFT doit être paramétrée par la méthode des fonctions de Wannier et l'influence du couplage spin-orbite, du dopage, de l'interaction électron-électron et des différents états magnétiques doit être étudiée en détail.

Topological states of matter are a fascinating subject both in fundamental and applied physics. For instance, the quantum anomalous Hall effect (QAHE), i.e. the QHE without external magnetic field, allows for dissipationless electron transport at the edges of a two dimensional (2D) nanodevice which would be of extreme importance in future nanoelectronics. Highly promising materials where such a QAHE could be expected are metal-organic monolayers with a kagome lattice of metal ions which were recently synthesized in the IM2NP [1] and in some other laboratories worldwide. The subject of the thesis is to investigate the possibility to realize the QAHE in these or similar kagome systems by a combination of ab-initio and model calculations, continuing first studies using density functional theory (DFT). The DFT band structure has to be parametrized by the method of Wannier functions and the influence of spin-orbit coupling, doping, electron-electron interaction and of different magnetic states shall be investigated in detail.