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Doping-induced insulator-to-metal transition in the spin-orbit oxide NaOsO₃

Dobrovits, Sabine (2018) Doping-induced insulator-to-metal transition in the spin-orbit oxide NaOsO₃.
Masterarbeit, University of Vienna. Fakultät für Physik
BetreuerIn: Cesare, Franchini
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URN: urn:nbn:at:at-ubw:1-22759.32970.835262-5

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Abstract in English

Transition metal oxides are often subject of studies and there are several good reasons for that. The physics is extremely rich including multiferroicity, colossal magnetoresistance and even high-Tc superconductors are possible. But an ongoing challenging task are certainly metal-to-insulator transitions. Especially when it comes to heavy transition metal oxides with enhanced spin orbit coupling novel quantum states appear that are totally different from the already well analyzed ones. This work focus on NaOsO3 which is a magnetic Lifshitz insulator and here the possibility to induce an insulator-to-metal transition upon doping is studied. The calculations are fully ab initio and by the gradual substitution of sodium with magnesium atoms, an insulator-to-metal transition at zero temperature was induced. To analyze the effect of additional electrons the band structure for different doping concentrations was computed. To maintain the periodicity of compounds with impurities the supercell approach is required. But as the supercell in reciprocal space is smaller than the original one, the obtained band structure is often hard to interpret and diffcult to compare with angle resolved photo emission (ARPES) results. Hence, all band structures are "unfolded" to allow a clear interpretation. For each doping concentration several arrangements have been examined to guarantee meaningful results. Finally, the insulator-to-metal transition is discussed in terms of magnetism, structural features and spin orbit coupling.

Schlagwörter in Englisch

insulator-to-metal transition / NaOsO3 / doping

Abstract in German

Verschiedenste Übergangsmetalloxide sind oftmals Gegenstand wissenschaftlicher Untersuchungen, da ihre physikalischen Eigenschaften sehr vielfältig sind. Dazu zählen: Mulitferroika, Materialien, die den kolossalen Magnetowiderstand aufweisen, aber auch Hochtemperatursupraleiter sind möglich. Obwohl bereits groÿe Erfolge bei der Untersuchung genannter Eigenschaften erzielt wurden, bleiben die Metall- Isolator Übergänge eine immer währende Herausforderung. Insbesonders spannend sind Übergangsmetalle mit schweren Atomen, da hier die Spin-Bahn Kopplung erh öht ist und die Quantenphysik komplett neue Eigenschaften zum Vorschein bringt. In dieser Arbeit wird untersucht, ob das Übergangsmetalloxid NaOsO3, das zur Klasse der magnetischen Liftshitz-Isolatoren gehört, sich durch die sukzessive Ersetzung von Natriumatomen mit Magnesiumatome von einem Isolator in einen Leiter überführen lässt. Um festzustellen, wie zusätzliche Elektronen die Eigenschaften des Festkörpers verändern, wurde im Grundzustand die Bandstruktur berechnet. Nachdem durch die Substitution mit Magnesiumatomen die Periodizität der urspr ünglichen Zelle gestört wurde, musste eine Superzelle erstellt werden, die allerdings den Nachteil besitzt, im reziproken Raum kleiner zu sein als die ursprüngliche primitive Zelle. Die Bandstruktur lässt sich daduch nur sehr schwer mit experimentellen Ergebnissen vergleichen, welche zum Beispiel mit ARPES erzielt wurden. Mit Hilfe der Unfolding-Technik ist es jedoch möglich, die Bandstruktur der Superzelle in die der primitiven Zelle zu entfalten, wodurch eine einfache Interpretation möglich war. Wie sich die zusätzlichen Elektronen im System auf den Isolator-Metall Übergang auswirken wird in Hinsicht auf Magnetismus, Struktur der Zelle sowie Spin-Bahn Kopplung diskutiert, weshalb pro Doping-Konzentration verschiedene Anordnungen der Magnesiumatome analysiert wurden.

Schlagwörter in Deutsch

Isolator-Metall Übergang / NaOsO3 / doping

Item Type: Hochschulschrift (Masterarbeit)
Author: Dobrovits, Sabine
Title: Doping-induced insulator-to-metal transition in the spin-orbit oxide NaOsO₃
Umfangsangabe: 74 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Institution: University of Vienna
Faculty: Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw.
Universitätslehrgang (ULG):
Masterstudium Physik
Publication year: 2018
Language: eng ... Englisch
Supervisor: Cesare, Franchini
Assessor: Cesare, Franchini
Classification: 33 Physik > 33.23 Quantenphysik
33 Physik > 33.99 Physik: Sonstiges
AC Number: AC15331134
Item ID: 55235
(Das PDF-Layout ist ident mit der Druckausgabe der Hochschulschrift.)

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