Taking topological insulators for a spin: Towards understanding of spin and charge transport in Bi2Se3

Topologische isolatoren zijn materialen waarbij de elektrische geleiding alleen plaatsvindt aan het oppervlak, de rest van het materiaal is idealiter een isolator. Deze oppervlaktetoestanden zijn robuust door een aantal fysische eigenschappen van het materiaal die analoog zijn aan het begrip ‘topologie’ uit de wiskunde. Voor het werk in de groep van Spintronics of Functional Materials zijn topologische isolatoren vooral interessant vanwege de speciale eigenschappen van de spin van een elektron (een magnetische eigenschap die slechts twee waarden kan aannemen). De oriëntatie van de spin is gekoppeld aan de beweging van de elektronen en daarom is er een goede controle over de spins mogelijk. Zulke materialen lenen zich dus goed voor spintronische toepassingen, elektronica gebaseerd op transport van de spin van elektronen in plaats van de lading. De voordelen van spintronica zullen leiden tot nieuwe, snellere devices in de informatieverwerking.

Dit proefschrift beschrijft experimenten die zijn uitgevoerd om een beter inzicht te krijgen in spin- en ladingstransport in topologische isolatoren. Een belangrijk aandachtspunt is de wisselwerking tussen de normale bulk- en speciale oppervlaktetoestanden in deze types van transport. Daarnaast maakt de mogelijkheid van bijkomende effecten door de eigenschappen van het materiaal of experimentele tekortkomingen het lastig om zulke transportkanalen afzonderlijk van elkaar te meten. Daarom is in dit proefschrift een uitgebreide analyse te vinden waar dergelijke bijkomende effecten worden meegenomen. In het proefschrift worden zowel de interessante als beperkende factoren van topologische isolatoren belicht om deze materialen te gebruiken voor toepassingen in de toekomst.