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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/46632| ORCID: | http://orcid.org/0000-0002-7981-2161 |
| Tipo do documento: | Tese |
| Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
| Título: | Topological phases in two-dimensional systems |
| Título(s) alternativo(s): | Fases topológicas em sistemas bidimensionais |
| Autor(es): | Lopes, Emmanuel Victor Caires |
| Primeiro orientador: | Schmidt, Tome Mauro |
| Primeiro membro da banca: | Martins, George Balster |
| Segundo membro da banca: | Ferreira Junior, Gerson |
| Terceiro membro da banca: | Lima, Felipe David Crasto de |
| Quarto membro da banca: | Costa, Marcio Jorge Teles da |
| Resumo: | Nesta tese, investigamos o surgimento de propriedades topológicas em sistemas bidimensionais (2D). Realizamos os cálculos utilizando a Teoria do Funcional da Densidade (DFT) e métodos tight-binding. O primeiro sistema estudado foi a monocamada de bismuto, um conhecido isolante topológico, dopado com um átomo magnético. Nossos cálculos mostraram que as propriedades magnéticas introduzidas não afetam a fase topológica. Notavelmente, demonstramos que, quando as impurezas estão localizadas próximas à borda, surge um acoplamento de longo alcance. Além disso, verificamos duas transições de fase magnética em função da distância entre as impurezas, comportamento característico das interações Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida (RKKY). Essas conclusões foram validadas por meio do Hamiltoniano RKKY, cujos resultados apresentam boa concordância com os cálculos de DFT. A segunda fase topológica investigada neste trabalho emerge em estruturas porosas de SiGe e Ge semelhantes ao grafenileno. Verificou-se cruzamentos de bandas quadruplamente degenerados que, com a inclusão do acoplamento spin-órbita, se dividem em um par de pontos de Weyl. Suas propriedades topológicas foram confirmadas por meio do cálculo da quiralidade de Weyl e da curvatura de Berry. Essas conclusões foram corroboradas pelos estados topológicos de borda que conectam pontos de Weyl com quiralidades opostas, arcos de Fermi. Por fim, estudamos o efeito Hall quântico anômalo em monocamadas de 1T-CrX2 (X = Bi, Sb) sob tensão biaxial extrema. Essa fase surge da interação entre o acoplamento spin-órbita, efeitos de muitos elétrons e deformação biaxial. Estados topológicos de borda também foram observados, concordando com a correspondência entre bulk e borda. Os resultados deste capítulo ampliam a lista de materiais magnéticos bidimensionais com a predição do sistema 1T-CrBi2. Para ambos os sistemas, nossos cálculos mostram temperaturas de Curie acima de 160 K, o que fornece descobertas valiosas para o contexto do efeito Hall quântico anômalo. |
| Abstract: | In this thesis, we investigate the emergence of topological properties in two-dimensional (2D) systems. We perform the calculations using density functional theory and tight-binding methods. The first system we investigate is a bismuth monolayer, a well-known topological insulator, doped with magnetic atoms. Our calculations show that the introduced magnetic perturbation does not affect the topological phase. Notably, we verify that when the impurities are located near the edge, a long-range coupling arises between them. Additionally, we note the occurrence of two magnetic phase transitions as a function of the inter-impurity distance, a signature of Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida (RKKY) interactions. These conclusions are validated by means of the derived RKKY Hamiltonian, whose results show good agreement with DFT calculations. The second topological phase investigate in this work emerges in graphenylene-like porous SiGe and Ge structures. We find fourfold degenerate band crossings which, under spin-orbit coupling, split into a pair of Weyl points. Their topological properties are confirmed through Weyl chirality and Berry curvature calculations. These conclusions are supported by the bulk-boundary correspondence, where we verify topological edge states (2D Fermi arcs) connecting Weyl points with opposite chiralities. Finally, we study the quantum anomalous Hall effect in extremely biaxial tensile strained 1T-CrX2 (X = Bi, Sb) monolayers. This topological phase arises from the interplay of spin-orbit coupling, many-body effects and biaxial tensile strain. Topological edge states are also observed, consistent with the bulk-boundary correspondence. The results of this investigation extend the list of two-dimensional magnetic materials, in which we predict the stability of the free standing 1T-CrBi2 monolayer. For both systems, our calculations show Curie temperatures above 160 K, which provides valuable findings for the quantum anomalous Hall context. |
| Palavras-chave: | Propriedades topológicas Topological properties Materiais bidimensionais Two-dimensional materials Interação spin-órbita Spin-orbit interaction Estrutura eletrônica Electronic structure Isolantes topológicos Topological insulators |
| Área(s) do CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA |
| Assunto: | Física Density functionals Topology |
| Idioma: | eng |
| País: | Brasil |
| Editora: | Universidade Federal de Uberlândia |
| Programa: | Programa de Pós-graduação em Física |
| Referência: | LOPES, Emmanuel Victor Caires. Topological phases in two-dimensional systems. 2025. 108 f. Tese (Doutorado em Física) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.5514. |
| Identificador do documento: | http://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.5514 |
| URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/46632 |
| Data de defesa: | 18-Jul-2025 |
| Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS): | ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação. |
| Aparece nas coleções: | TESE - Física |
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| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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