Master's Thesis

Cyclotron resonance of Dirac electrons in bismuth selenide

Final Thesis 4.07 MB

Author of thesis: Ing. Ivo Hlavička

Acad. year: 2016/2017

Supervisor: doc. Ing. Miroslav Bartošík, Ph.D.

Reviewer: doc. Mgr. Adam Dubroka, Ph.D.

Abstract:

Bismuth selenide belongs to a class of topological insulators---materials characterized by a intriguing electronic band structure, with a characteristic Dirac conical band on the surface. In this master thesis, the optical response of this material is explored in the infrared spectral range and in a broad range of magnetic fields. We mainly focus on the absorption of light due to free charge carriers having, when the magnetic field is applied, a form of cyclotron resonance. We find that the experimentally observed response is consistent with expectations for massive electrons in bulk rather than massless particles on the surface.

Keywords:

bismuth selenide, Fourier transform infrared spectroscopy, topological insulator, cyclotron resonance

Date of defence

20.06.2017

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Applied Sciences in Engineering (M2A-P)

Field of study

Physical Engineering and Nanotechnology (M-FIN)

Composition of Committee

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc. (člen)
prof. RNDr. Jiří Komrska, CSc. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Eduard Schmidt, CSc. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

Předložená práce Bc. Ivo Hlavičky věnovaná infračervené magneto-spektroskopii selenidu bismutitého (Bi2Se3 ) splňuje z pohledu dosažených výsledků, jejich analýzy, prezentace, stejně tak po stránce jazykové i formální, nároky kladené na diplomová práce na VUT a podle mého názoru zasluhuje maximální možné hodnocení v kategorii „A“. Současně bych rád jasně konstatoval, že si podle mne diplomant nevyčlenil na dokončení této diplomové práce dostatek času. Analýza dat a jejich následná diskuse mohla být rozsáhlejší, detailnější, a tedy z vědeckého hlediska zajímavější. Jsem si jist, že diplomant disponuje všemi pro takovou analýzu potřebnými schopnostmi i znalostmi, které však nedokázal v časové tísni využít.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
doc. Mgr. Adam Dubroka, Ph.D.

Předkládaná diplomová práce se týká velmi moderního tématu výzkumu topologických izolátorů Bi2Se3 pomocí infračervené spektroskopie v silném magnetickém poli. Předmětem zkoumání byly heterostruktury se čtyřmi tloušťkami Bi2Se3 od 6 do 16 násobků primitivní buňky. V infračerveném spektru propustnosti v magnetickém poli do 11 T byla pozorována cyklotronová rezonance v kvaziklasické limitě. Překvapením bylo, že tento kvaziklasický režim přetrval i do velmi vysokých polí 30 T, kdy by se měly již pozorovat přechody mezi Landauovými hladinami.

Práce je psaná velmi dobrou angličtinou, čtivě popisuje jak úvod do problematiky, tak detailně odvozuje relevantní teoretické pasáže. Demonstruje, že autor zvládl teoreticky náročnou problematiku topologických izolátorů a jejich optické odezvy v magnetickém poli. Realizace projektu na půdě špičkového mezinárodního centra vysokých magnetických polí v Grenoblu taktéž ukazuje, že autor je schopen kreativní práce v mezinárodním prostředí. Práce má velmi dobrou grafickou úpravu a cituje relevantní literární zdroje. Zcela jednoznačně splňuje nároky kladené na diplomovou práci a díky jejím kvalitám ji hodnotím stupněm A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. 1. V části 5.3 je zpráva o transportním měření s cílem určení koncentrace nositelů. Tuto veličinu by však mělo být možné určit již z parametrů optického modelu. Proveďte prosím tento výpočet a srovnejte ho s hodnotou získanou z transportního měření.

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová