Właściwości elektronowe, magnetyczne transportowe wybranych heterostruktur van der Waalsa

Abstract

Badania nad dwuwymiarowymi (2D) materiałami i heterostrukturami van der Waalsa (vdW) znacząco przyczyniły się do rozwoju elektroniki, spintroniki i optoelektroniki dzięki ich wyjątkowym właściwościom. Prekursorem tych materiałów jest grafen, który mimo niezwykłej ruchliwości elektronów, wytrzymałości doskonałej przewodności, ze względu na brak przerwy energetycznej ma ograniczone zastosowanie w technologiach półprzewodnikowych. Odkrycie nowych materiałów 2D, takich jak silicen, heksagonalny azotek boru (h-BN) czy dichalkogenki metali przejściowych (TMDC), ujawniło różnorodne zachowania elektronowe i magnetyczne. Szczególne zainteresowanie budzą magnetyczne materiały 2D, m.in. dichalkogenki wanadu (VX2) i trójjodki chromu (Cr13). Niniejsza rozprawa przedstawia teoretyczne badania własności elektronowych, magnetycznych i transportowych wybranych materiałów 2D i ich heterostruktur vdW z wykorzystaniem metod DFT oraz uzupełniających ją modeli teoretycznych. Praca obejmuje wpływ naprężeń i domieszkowania magnetycznego na silicene, magnetyzm w warstwach VX2 oraz zjawiska bliskościowe w skręconych heterostrukturach grafen/Cr13. Rozprawa zawiera część wprowadzającą, cztery publikacje oraz jeden preprint.

Research on two-dimensional (2D) van der Waals materials has accelerated progress in electronics, spintronics, and optoelectronics due to their extraordinary properties. Graphene, the pioneer of 2D materials, shows exceptional mobility, strength, and conductivity, but its lack of an intrinsic bandgap limits its use in semiconductor technologies. This limitation led to the discovery of new 2D materials such as silicene, hexagonal boron nitride (h-BN), and transition metal dichalcogenides (TMDCs), exhibiting diverse electronic and magnetic behaviors. Magnetic 2D materials, including vanadium-based dichalcogenides (VX2) and chromium trihalides (Cr13), are particularly promising. This thesis theoretically investigates electronic, magnetic, and transport properties of selected 2D materials and their van der Waals heterostructures using first-principles density functional theory and complementary methods. The work focuses on the effects of strain and magnetic doping in silicene, magnetism in VX2 layers, and proximity-induced phenomena in twisted graphene/Cr13 systems. The dissertation consists of an introduction and four published papers plus one preprint.