Promotie: Colloidal Topological Insulators

LET OP: De kandidaat houdt een lekenpraatje, hierdoor start de livestream een kwartier eerder.

Het materiaal bismut-selenide (Bi2Se3) is een topologische isolator. Deze materialen hebben een geleidend oppervlak en een isolerende binnenkant (bulk). Door de robuuste geleiding aan de oppervlakken, zijn topologische isolatoren veelbelovende materialen voor toekomstige elektronica. Omdat zulke toepassingen gebruikmaken van kleine componenten, is het belangrijk om te onderzoeken hoe de eigenschappen van Bi2Se3-kristallen veranderen op micro- en nanoschaal.

In dit proefschrift wordt specifiek gekeken naar de verandering in optische en elektronische eigenschappen van Bi2Se3 wanneer dit materiaal zeer dun wordt gemaakt.

Hiervoor is een nieuwe chemische methode ontwikkeld om dunne kristallen te groeien, waarbij de dikte en grootte nauwkeurig kunnen worden gecontroleerd. Deze kristallen zijn gebruikt om aan te tonen dat Bi2Se3 bij een dikte van 4 tot 6nm geleidende randtoestanden heeft en zich gedraagt als een 2D-topologische isolator, terwijl kristallen dikker dan 6nm een volledig geleidend oppervlak bezitten en de eigenschappen van een 3D-topologische isolator vertonen.

De overgang van een 3D- naar een 2D-topologische isolator beïnvloedt ook de optische en thermische eigenschappen van het materiaal. Daarom is de absorptie van licht in de kristallen onderzocht, waarbij is aangetoond dat lichtabsorptie door elektronen in de randtoestanden anders verloopt dan in de bulk. De absorptie van licht veroorzaakt ook atomaire trillingen in het kristal die de warmtegeleiding in het materiaal beïnvloeden. Uit ons onderzoek blijkt dat trillingen in de dikterichting van de kristallen makkelijker waar te nemen zijn dan trillingen in het vlak.

Deze resultaten tonen aan dat de elektronische en optische eigenschappen van Bi2Se3 kunnen worden beïnvloed door de dikte en grootte van de kristallen nauwkeurig te controleren.