Two-dimensional materials and their van der Waals heterostructures offer unforeseen potential for electronics and spintronics. At present, the available two-dimensional material repertoire covers semiconductors, ferromagnets, superconductors, and topological insulators, which already feature highly interesting physics. Remarkably, one can manipulate the properties of a two-dimensional material by ...
Abstract (English)
Two-dimensional materials and their van der Waals heterostructures offer unforeseen potential for electronics and spintronics. At present, the available two-dimensional material repertoire covers semiconductors, ferromagnets, superconductors, and topological insulators, which already feature highly interesting physics. Remarkably, one can manipulate the properties of a two-dimensional material by proximity effects, while still preserving a great degree of its own autonomy. The ability to control and modify the electronic, spin, and
optical properties of two-dimensional materials is extremely valuable for investigating novel physical phenomena, as well as a potential knob for device applications. In this thesis, we investigate graphene, bilayer graphene, and transition-metal dichalcogenides in proximity to various two-dimensional materials. We quantify the spin-orbit and magnetic proximity effects by fitting suitable model Hamiltonians, which capture the relevant low energy electronic and spin properties, to realistic first-principles calculations. As we show, the obtained results can be used for calculating charge and spin transport or optical properties, and are vital for the interpretation of experiments.
Translation of the abstract (German)
Zweidimensionale Materialien und ihre van der Waals Heterostrukturen bieten unvorhergesehene Möglichkeiten für konventionelle und spin-basierte Elektronik. Momentan stehen viele verschiedene zweidimensionale Materialien zur Verfügung, wie zum Beispiel Halbleiter, Ferromagnete, Supraleiter und topologische Isolatoren, welche bereits selbst außerordentliche physikalische Eigenschaften besitzen. ...
Translation of the abstract (German)
Zweidimensionale Materialien und ihre van der Waals Heterostrukturen bieten unvorhergesehene Möglichkeiten für konventionelle und spin-basierte Elektronik. Momentan stehen viele verschiedene zweidimensionale Materialien zur Verfügung, wie zum Beispiel Halbleiter, Ferromagnete, Supraleiter und topologische Isolatoren, welche bereits selbst außerordentliche physikalische Eigenschaften besitzen. Erstaunlicherweise lassen sich diese Eigenschaften von zweidimensionalen Materialen durch sogenannte Näherungseffekte
manipulieren. Dadurch, dass man die intrinsischen elektronischen, spin-basierten und optischen Eigenschaften kontrolliert verändern kann, eröffnen sich neue Möglichkeiten für Forschung und Industrie. In dieser Dissertation untersuchen wir Ein- und Zweischicht Graphen, sowie Übergangsmetall-Dichalkogenide, welche durch Näherungseffekte, ausgehend von verschiedensten anderen zweidimensionalen Materialien, beinflusst werden.
Wir berechnen dafür die Bandstrukturen für eine Reihe von interessanten van der Waals Heterostrukturen mit Hilfe von Dichtefunktionaltheorie. Die Spin-Bahn-Kopplung und magnetischen Näherungseffekte werden näher charakterisiert, indem wir die relevanten Energiebänder der Bandstruktur durch geeignete Modelle und passende Parameter beschreiben. Wir zeigen, dass die daraus resultierenden Modellbeschreibungen verwendet werden können, um sowohl Spin- und Ladungstransport, als auch optische Eigenschaften zu berechnen, was wiederum essentiell ist, um experimentelle Ergebnisse zu interpretieren.
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