Search

Táto diplomová práca sa zaoberá štúdiom alfa-Fe2O3(012) vystaveného vodnému prostrediu. Súčasný stav poznania ohľadom oxidov železa s pozornosťou vkladanou do popisu alfa-Fe2O3 a jeho (012) povrchu je stručne zhrnutá. Experimentálná časť tejto práce začína s popisom unikátného zariadenia na depozíciu kvapalnej vody na povrchy monokryštalických vzoriek compatibilného s podmienkami ultra vysokého vákuua. Jednotlivé konštrukčné časti a detaily sú diskutované. Navrhnutý systém bol testovaný na vzorkách striebornej fólie a monokryštálu Fe3O4 s povrchovom v rovine [100]. Chemické zloženie a morfológia povrchu po experimente s kvapalnou vodou je diskutovaná. Navrhnuté zariadenie bolo použité na štúdium interakcie vody so známymi (1x1) a (2x1) povrchovými alfa-Fe2O3(012). Experimentálne dáta ukazujú, že voda sa viaže na obe reconštrukcie disociatívne s určitým množstvom molekulárnej vody naviazanej na adsorbované hydroxydi. (1x1) sa zdá javý stabilná po expozícii rôznym tlakom vodnej pary, zatial čo (2x1) vykazuje zmenu na (1x1) pri expozíciach vyšším tlakom vodnej pary alebo po niekolo minútovej expozíci electrónovému zväzku. Ďalej sú v tejto práci prezentované prvé výsledky z štúdie prechodu (1x1) rekonštrukcie na (2x1) pomocou mikroskpie nízkoenergiových elektrónov. Výsledky ukazujú, že táto premena na nižších teplotách je inciovaná na hranách atomárnych vrstiev a defektov na povrchu, ktorá potom postupuje smerom k stredu atomárnych terás. Meranie na vyšších teplotách vykazuje postupnú premenu povrchu naznačúju viaceru nukleačných centrech z ktorých sa (2x1) povrch širi ďalej., This thesis deals with study of alpha-Fe2O3(012) exposed to water environment. The up to date knowledge of different oxides with focus on alpha-Fe2O3 and its R-cut (012) non polar surface is briefly reviewed. The experimental part of this work start with the description of the state of the art ultra high vacuum compatible experimental setup for dosing liquid water onto single crystal surfaces. Individual features of the system are thoroughly discussed and the tests of the system were performed on silver foil and on Fe3O4(001) single crystal surface. The chemical composition and surface morphology of the crystal after liquid water experiment is discussed. The proposed setup was used to study interaction of water with known (1x1) and (2x1) surface reconstruction of alpha-Fe2O3(012). The experimental data shows that water binds to both reconstruction disociatively with some molecular water bound to adsorbed hydroxyls. The (1x1) reconstruction appears to survive exposure to different pressures of water vapor, while the (2x1) seems to change into (1x1) after exposures to higher pressures or by exposing it to electron beam. Further, this thesis presents the first real time study of (1x1)-to-(2x1) transition by Low Energy Electron Microscopy. These results show iniciation of the transition at atomic step edges and defects, which then continues to the centers of terraces at lower temperatures. Onservation of gradual transition at higher temperatures suggets creation of numerous nucleation centers from which then (2x1) spread. The beam damage is believed to also play role in the transformation as documented in the thesis.

Železo-rhodium (FeRh) je látka procházející magnetickou fázovou přeměnou prvního druhu z antiferomagnetické (AF) do feromagnetické (FM) fáze, ke které dochází při zahřátí materiálu nad teplotu fázové přeměny nebo působením dostatečně velkého magnetického pole. Tato fázová přeměna je mimo jiné provázena výraznou změnou entropie, magnetizace a elektrického odporu, přičemž její tvar a poloha teploty přeměny je silně závislá na stechiometrii krystalu, na příměsích, tlaku a v případě tenkých vrstev na napjatosti vrstvy způsobené substrátem. Tato práce se zaměřuje na studium magnetotransportních vlastností drátů připravených z tenkých FeRh vrstev rostlých na substrátech indukujících různou napjatost vrstvy. Jedním z hlavních jevů studovaných v této práci je anizotropní magnetorezistance (AMR) projevující se změnou odporu pro různé natočení magnetických momentů v látce vůči směru elektrického proudu. AMR byla studována jak ve FM fázi, tak i v AF fázi FeRh. Byla změřena hodnota AMR ve vysokoteplotní FM fázi a objeveno neočekávané chování AMR ve zbytkové FM fázi v nízkoteplotním stavu. Dále byla pozorována výrazná závislost AMR na orientaci měřených segmentů vůči krystalografickým směrům FeRh., Iron-rhodium (FeRh) is a material undergoing a first order magnetic phase transition from antiferromagnetic (AF) to ferromagnetic (FM) phase which occurs when the material is heated above the transition temperature or by applying a sufficiently large magnetic field. This phase transition is accompanied by a significant change in entropy, magnetization and electric resistivity while the transition temperature is strongly dependent on the crystal stoichiometry, elemental substitution, pressure and in case of thin layers on the strain induced by the substrate. This work is focused on the study of magnetotransport properties of wires patterned from FeRh thin layers grown on substrates inducing different strain in the layer. One of the main effects studied in this work is the anisotropic magnetoresistance (AMR) demonstrated by a change of the resistance for different orientations of the magnetic moments in the material with respect to the electric current direction. The AMR was studied both in the FM and AF phase of FeRh. The AMR of the FM phase in the high temperature phase was measured and an unexpected behavior of the AMR of the residual FM phase of FeRh in the low temperature phase was discovered. A strong dependence of the AMR on the orientation of the measured segment with respect to the crystallographic directions of FeRh was explored.

Tato diplomová práce se zabývá optickou odezvou rezonančních infračervených antén na tenké vrstvě oxidu křemičitého. Nejdříve je rozebrán teoretický popis elektromagnetického pole na rozhraní kovu a dielektrika. Dále jsou popsány experimentální a výpočetní metody použité v této práci a režim silné vazby mezi dvěma systémy. Nakonec je pomocí Fourierovské infračervené spektroskopie a FDTD simulací studována a diskutována optická odezva infračervených antén na tenké vrstvě oxidu křemičitého, která ukazuje silnou vazbu mezi lokalizovanými plazmony a fonony v oxidu křemičitém., The diploma thesis deals with the optical response of resonant infrared antennas on silicon dioxide thin film. At first, theory of electromagnetism at metal/dielectric interfaces is described. In the next part, experimental and numerical methods used in the thesis are described and strong coupling between two systems is explained. In the final part of the thesis, the optical response of resonant infrared antennas on a silicon dioxide thin film is studied by Fourier transform Infrared Spectroscopy and FDTD simulations which both show the strong coupling between localized plasmons and phonons in silicon dioxide.

Selenid bismutitý se řadí do skupiny topologických izolátorů---materiálů charakteristických svou pozoruhodnou pásovou strukturou, vyznačující se přítomností Diracovských povrchových stavů s lineární disperzí. V této práci se zabýváme optickou odezvou tohoto materiálu v infračerveném spektru za přítomnosti magnetických polí. V takovém případě probíhá absorpce, jež má charakter cyklotronové rezonance, na volných nosičích náboje. Výsledky experimentů ukazují, že pozorovaná odezva odpovídá spíše modelu hmotných elektronů ve vnitřních stavech nežli modelu nehmotných elektronů na povrchu., 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.

Optická odezva BiTeX (X = I, Cl, Br) polovodičových materiálů s obřím spinovým štěpením Rashbova typu je studována za nízkých teplot do vysokých magnetických polí, kde je směr magnetické indukce kolmý na povrch vzorku (Faradayova konfigurace). Na rozdíl od reflexního uspořádání nám transmisní uspořádání umožňuje přímé pozorování přechodů mezi Landauovými hladinami v blízkosti křižiště vodivostních pásů - Diracův bod. Optická odezva BiTeX sloučenin je srovnána s teoretickým modelem spočteným v rámci Kubo-Greenwoodova formalismu z Rashbova hamiltonianu., Optical response of BiTeX (X = I, Cl, Br) semiconductors with a giant Rashba-type spin splitting is studied at low temperatures up to high magnetic fields applied in the Faraday configuration. Unlike the reflection configuration, the transmission configuration allows us to directly observe a set of inter-Landau level transitions in the vicinity of the crossing point of the conduction bands - Dirac point. Optical response of BiTeX compounds is compared with that expected theoretically, calculated using a simple Rashba-type Hamiltonian within Kubo-Greenwood formalism.

Tato bakalářská práce pojednává o magneto-optických jevech s důrazem na Kerrův magneto-optický jev. Je předložen popis, který umožňuje kvantifikovat měřené veličiny na základě měření intenzity odraženého světla od vzorku. Dále je na jednoduchém fyzikálním modelu ukázán vznik anizotropie, kterou do původně izotropního vzorku zanese vnější magnetické pole. V technické části práce je rozebrána konstrukce zařízení, které umožňuje měřit magneto-optický Kerrův jev v longitudinální konfiguraci u struktur, jejichž rozměry jsou v řádu mikro/nano metrů. V závěrečné kapitole práce jsou předloženy výsledky měření tenkých vrstev Co a magnetických vortexů na Si substrátu, jejichž laterální rozměr je 1 m., This bachelor's thesis deals with magneto-optic effects with special aim for magneto-optic Kerr effect. Presented description allows us to quantify magneto-optical observables on the basis of measuring the light intensity after the reflection from sample surface. Consequently, we use a simple physical model to unriddle the origin of the optical anisotropy induced by the external magnetic field. In the part, that deals with the design of an aparatus for measuring magneto-optical Kerr effect in longitudinal conformation, we provide necessary information to define a device capable of measuring magneto-optic observables in micro/nano scale. Last chapter i aimed to the achieved results on the thin Co films and on magnetic vortices with lateral dimensions of 1 m.

Optická odezva BiTeX (X = I, Cl, Br) polovodičových materiálů s obřím spinovým štěpením Rashbova typu je studována za nízkých teplot do vysokých magnetických polí, kde je směr magnetické indukce kolmý na povrch vzorku (Faradayova konfigurace). Na rozdíl od reflexního uspořádání nám transmisní uspořádání umožňuje přímé pozorování přechodů mezi Landauovými hladinami v blízkosti křižiště vodivostních pásů - Diracův bod. Optická odezva BiTeX sloučenin je srovnána s teoretickým modelem spočteným v rámci Kubo-Greenwoodova formalismu z Rashbova hamiltonianu., Optical response of BiTeX (X = I, Cl, Br) semiconductors with a giant Rashba-type spin splitting is studied at low temperatures up to high magnetic fields applied in the Faraday configuration. Unlike the reflection configuration, the transmission configuration allows us to directly observe a set of inter-Landau level transitions in the vicinity of the crossing point of the conduction bands - Dirac point. Optical response of BiTeX compounds is compared with that expected theoretically, calculated using a simple Rashba-type Hamiltonian within Kubo-Greenwood formalism.

Optická odezva BiTeX (X = I, Cl, Br) polovodičových materiálů s obřím spinovým štěpením Rashbova typu je studována za nízkých teplot do vysokých magnetických polí, kde je směr magnetické indukce kolmý na povrch vzorku (Faradayova konfigurace). Na rozdíl od reflexního uspořádání nám transmisní uspořádání umožňuje přímé pozorování přechodů mezi Landauovými hladinami v blízkosti křižiště vodivostních pásů - Diracův bod. Optická odezva BiTeX sloučenin je srovnána s teoretickým modelem spočteným v rámci Kubo-Greenwoodova formalismu z Rashbova hamiltonianu., Optical response of BiTeX (X = I, Cl, Br) semiconductors with a giant Rashba-type spin splitting is studied at low temperatures up to high magnetic fields applied in the Faraday configuration. Unlike the reflection configuration, the transmission configuration allows us to directly observe a set of inter-Landau level transitions in the vicinity of the crossing point of the conduction bands - Dirac point. Optical response of BiTeX compounds is compared with that expected theoretically, calculated using a simple Rashba-type Hamiltonian within Kubo-Greenwood formalism.

Tato diplomová práce se zabývá optickou odezvou rezonančních infračervených antén na tenké vrstvě oxidu křemičitého. Nejdříve je rozebrán teoretický popis elektromagnetického pole na rozhraní kovu a dielektrika. Dále jsou popsány experimentální a výpočetní metody použité v této práci a režim silné vazby mezi dvěma systémy. Nakonec je pomocí Fourierovské infračervené spektroskopie a FDTD simulací studována a diskutována optická odezva infračervených antén na tenké vrstvě oxidu křemičitého, která ukazuje silnou vazbu mezi lokalizovanými plazmony a fonony v oxidu křemičitém., The diploma thesis deals with the optical response of resonant infrared antennas on silicon dioxide thin film. At first, theory of electromagnetism at metal/dielectric interfaces is described. In the next part, experimental and numerical methods used in the thesis are described and strong coupling between two systems is explained. In the final part of the thesis, the optical response of resonant infrared antennas on a silicon dioxide thin film is studied by Fourier transform Infrared Spectroscopy and FDTD simulations which both show the strong coupling between localized plasmons and phonons in silicon dioxide.

Selenid bismutitý se řadí do skupiny topologických izolátorů---materiálů charakteristických svou pozoruhodnou pásovou strukturou, vyznačující se přítomností Diracovských povrchových stavů s lineární disperzí. V této práci se zabýváme optickou odezvou tohoto materiálu v infračerveném spektru za přítomnosti magnetických polí. V takovém případě probíhá absorpce, jež má charakter cyklotronové rezonance, na volných nosičích náboje. Výsledky experimentů ukazují, že pozorovaná odezva odpovídá spíše modelu hmotných elektronů ve vnitřních stavech nežli modelu nehmotných elektronů na povrchu., 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.

Táto diplomová práca sa zaoberá štúdiom alfa-Fe2O3(012) vystaveného vodnému prostrediu. Súčasný stav poznania ohľadom oxidov železa s pozornosťou vkladanou do popisu alfa-Fe2O3 a jeho (012) povrchu je stručne zhrnutá. Experimentálná časť tejto práce začína s popisom unikátného zariadenia na depozíciu kvapalnej vody na povrchy monokryštalických vzoriek compatibilného s podmienkami ultra vysokého vákuua. Jednotlivé konštrukčné časti a detaily sú diskutované. Navrhnutý systém bol testovaný na vzorkách striebornej fólie a monokryštálu Fe3O4 s povrchovom v rovine [100]. Chemické zloženie a morfológia povrchu po experimente s kvapalnou vodou je diskutovaná. Navrhnuté zariadenie bolo použité na štúdium interakcie vody so známymi (1x1) a (2x1) povrchovými alfa-Fe2O3(012). Experimentálne dáta ukazujú, že voda sa viaže na obe reconštrukcie disociatívne s určitým množstvom molekulárnej vody naviazanej na adsorbované hydroxydi. (1x1) sa zdá javý stabilná po expozícii rôznym tlakom vodnej pary, zatial čo (2x1) vykazuje zmenu na (1x1) pri expozíciach vyšším tlakom vodnej pary alebo po niekolo minútovej expozíci electrónovému zväzku. Ďalej sú v tejto práci prezentované prvé výsledky z štúdie prechodu (1x1) rekonštrukcie na (2x1) pomocou mikroskpie nízkoenergiových elektrónov. Výsledky ukazujú, že táto premena na nižších teplotách je inciovaná na hranách atomárnych vrstiev a defektov na povrchu, ktorá potom postupuje smerom k stredu atomárnych terás. Meranie na vyšších teplotách vykazuje postupnú premenu povrchu naznačúju viaceru nukleačných centrech z ktorých sa (2x1) povrch širi ďalej., This thesis deals with study of alpha-Fe2O3(012) exposed to water environment. The up to date knowledge of different oxides with focus on alpha-Fe2O3 and its R-cut (012) non polar surface is briefly reviewed. The experimental part of this work start with the description of the state of the art ultra high vacuum compatible experimental setup for dosing liquid water onto single crystal surfaces. Individual features of the system are thoroughly discussed and the tests of the system were performed on silver foil and on Fe3O4(001) single crystal surface. The chemical composition and surface morphology of the crystal after liquid water experiment is discussed. The proposed setup was used to study interaction of water with known (1x1) and (2x1) surface reconstruction of alpha-Fe2O3(012). The experimental data shows that water binds to both reconstruction disociatively with some molecular water bound to adsorbed hydroxyls. The (1x1) reconstruction appears to survive exposure to different pressures of water vapor, while the (2x1) seems to change into (1x1) after exposures to higher pressures or by exposing it to electron beam. Further, this thesis presents the first real time study of (1x1)-to-(2x1) transition by Low Energy Electron Microscopy. These results show iniciation of the transition at atomic step edges and defects, which then continues to the centers of terraces at lower temperatures. Onservation of gradual transition at higher temperatures suggets creation of numerous nucleation centers from which then (2x1) spread. The beam damage is believed to also play role in the transformation as documented in the thesis.

Železo-rhodium (FeRh) je látka procházející magnetickou fázovou přeměnou prvního druhu z antiferomagnetické (AF) do feromagnetické (FM) fáze, ke které dochází při zahřátí materiálu nad teplotu fázové přeměny nebo působením dostatečně velkého magnetického pole. Tato fázová přeměna je mimo jiné provázena výraznou změnou entropie, magnetizace a elektrického odporu, přičemž její tvar a poloha teploty přeměny je silně závislá na stechiometrii krystalu, na příměsích, tlaku a v případě tenkých vrstev na napjatosti vrstvy způsobené substrátem. Tato práce se zaměřuje na studium magnetotransportních vlastností drátů připravených z tenkých FeRh vrstev rostlých na substrátech indukujících různou napjatost vrstvy. Jedním z hlavních jevů studovaných v této práci je anizotropní magnetorezistance (AMR) projevující se změnou odporu pro různé natočení magnetických momentů v látce vůči směru elektrického proudu. AMR byla studována jak ve FM fázi, tak i v AF fázi FeRh. Byla změřena hodnota AMR ve vysokoteplotní FM fázi a objeveno neočekávané chování AMR ve zbytkové FM fázi v nízkoteplotním stavu. Dále byla pozorována výrazná závislost AMR na orientaci měřených segmentů vůči krystalografickým směrům FeRh., Iron-rhodium (FeRh) is a material undergoing a first order magnetic phase transition from antiferromagnetic (AF) to ferromagnetic (FM) phase which occurs when the material is heated above the transition temperature or by applying a sufficiently large magnetic field. This phase transition is accompanied by a significant change in entropy, magnetization and electric resistivity while the transition temperature is strongly dependent on the crystal stoichiometry, elemental substitution, pressure and in case of thin layers on the strain induced by the substrate. This work is focused on the study of magnetotransport properties of wires patterned from FeRh thin layers grown on substrates inducing different strain in the layer. One of the main effects studied in this work is the anisotropic magnetoresistance (AMR) demonstrated by a change of the resistance for different orientations of the magnetic moments in the material with respect to the electric current direction. The AMR was studied both in the FM and AF phase of FeRh. The AMR of the FM phase in the high temperature phase was measured and an unexpected behavior of the AMR of the residual FM phase of FeRh in the low temperature phase was discovered. A strong dependence of the AMR on the orientation of the measured segment with respect to the crystallographic directions of FeRh was explored.

Spinové vlny mají potenciál být použity jako nová platforma pro přenos a zpracování dat, protože mohou dosáhnout vlnových délek v rozsahu nanometrů a frekvencí v rozsahu terahertzů. K tomu, aby bylo možné navrhnout zařízení a logické obvody založené na spinových vlnách, je zapotřebí získat informace o prostorovém rozložení intenzity spinové vlny a pokud je to možné, také o jejich fázi. To lze měřit pomocí fázově rozlišeného fokuso-vaného Brillouinova rozptylu světla (µ -BLS). Předložená práce se zabývá rozšířením stávající optické sestavy o možnost měření fáze, kde doposud bylo možné měřit pouze intenzitu. Toto rozšíření sestavy je důkladně popsáno a charakterizováno. Schopnosti optické sestavy jsou demonstrovány ve studii šíření spinových vln skrz Néelovu doménovou stěnu. Získané 2D mapy intenzity spinových vln ukazují, že propagace přes doménovou stěnu je ovlivněna topologicky vynucenou kruhovou Blochovou čarou ve středu doménové stěny a že režim propagace závisí na frekvenci spinových vln. V prvním režimu propagace se vytvoří dva svazky spinových vlny šířící se kolem kruhové Blochovy čáry, zatímco ve druhém režimu se spinové vlny šíří pouze středem. Fázově rozlišené µ-BLS měření odhaluje fázový po- sun spinových vln pro oba režimy. Mikromagnetické modelování spinových vln ukazuje rozrušení jejich fázových vlnoploch, které je třeba brát v úvahu při interpretaci měření a navrhování potenciálních zařízení. Mikromagnetické simulace ukazují, že vnější magnetické pole může být použito k pohybu kruhové Blochovy čáry ve stěně domény, a tedy k manipulaci spinových vln., Spin waves have the potential to be used as a new platform for data transfer and processing as they can reach wavelengths in the nanometer range and frequencies in the terahertz range. To be able to design the spin-wave devices and logic circuits we need to be able to gather the information about spatial distribution of the spin-wave intensity and if possible, also their phase. This can be measured with the use of phase-resolved micro-Brillouin-light-scattering (µ-BLS) setup. The presented work deals with extending the existing intensity resolved setup with the possibility to also acquire the spin-wave phase. The upgraded Brillouin light scattering setup is thoroughly described and its performance is characterized. The capabilities of the developed setup are demonstrated in the study of propagation of spin waves through a Néel domain wall. The acquired 2D spin-wave intensity maps reveal that spin-wave transmission through a domain wall is influenced by a topologically enforced circular Bloch line in the domain wall center and that the propagation regime depends on the spin-wave frequency. In the first regime, two spin-wave beams propagating around the circular Bloch line are formed, whereas in the second regime, spin waves propagate in a single central beam through the circular Bloch line. Phase-resolved µ-BLS measurements reveal a phase shift upon transmission through the domain wall for both regimes. Micromagnetic modelling of the transmitted spin waves unveils a distortion of their phase fronts which needs to be taken into account when interpreting the measurements and designing potential devices. Moreover, we show, by means of micromagnetic simulations, that an external magnetic field can be used to move the circular Bloch line within the domain wall to manipulate spin-wave propagation.

We have measured the temperature dependence of the direct band gap Eg in SrTiO₃ and BaTiO₃ and related materials with quantum-paraelectric and ferroelectric properties using optical spectroscopy. We show that Eg exhibits an anomalous temperature dependence with pronounced changes in the vicinity of the ferroelectric transition that can be accounted for in terms of the Fröhlich electron-phonon interaction with an optical phonon mode, the so-called soft mode. In addition, we demonstrate that these characteristic changes of Eg can be readily detected even in very thin films of SrTiO₃ with a strain-induced ferroelectric order. Optical spectroscopy thus can be used as a rather sensitive probe of ferroelectric order in very thin films of these titanates and probably also in subsequent multilayers and devices.

Far-infrared spectra of ferrimagnetic Dy₃Fe₅O₁₂ single crystals have been studied in the spectral range between 12 and 700 cm⁻¹ and in a wide temperature range between 5 K and 300 K using transmission spectroscopy and rotating analyzer ellipsometry. In the temperature range below TC = 16 K for the magnetic ordering of Dy³⁺ spins, a number of ligand field and Kaplan-Kittel (KK) exchange resonance modes have been found. Temperature dependencies of their frequencies allowed us to estimate the ratio between the Fe-Dy and Dy-Dy exchange constants. We found that variation of the oscillator strength of the KK modes correlates with the magnetic-field-induced changes of magnetic permeability. The low-temperature peak in the static value of the dielectric function at TC = 16 K may be related to the observed temperature-induced variation of the oscillator strength of the optical phonons.

Using muon spin rotation and infrared spectroscopy, we investigated the recently discovered superconductor K0.73Fe1.67Se₂ with Tc≈32 K. We show that the combined data can be consistently described in terms of a macroscopically phase-segregated state with a matrix of ∼88% volume fraction that is insulating and strongly magnetic and inclusions with an ∼12% volume fraction, which are metallic, superconducting, and nonmagnetic. The electronic properties of the latter, in terms of the normal state plasma frequency and the superconducting condensate density, appear to be similar as in other iron selenide or arsenide superconductors.

With infrared ellipsometry and transport measurements we investigated the electrons at the interface between LaAlO₃ and SrTiO₃. We obtained a sheet carrier concentration of Ns≈5–9×10¹³ cm⁻², an effective mass of m*=3.2±0.4me, and a strongly frequency dependent mobility. The latter are similar as in bulk SrTi1-xNbxO₃ and therefore suggestive of polaronic correlations. We also determined the vertical concentration profile which has a strongly asymmetric shape with a rapid initial decay over the first 2 nm and a pronounced tail that extends to about 11 nm.

The low-temperature spectra of the c-axis infrared conductivity of bilayer high-Tc cuprate superconductors (HTCS) exhibit two superconductivity-induced modes [Li Yu et al., Phys. Rev. Lett. 100 (2008) 177004; and references therein]. Both can be understood in terms of a microscopic theory developed recently [J. Chaloupka, C. Bernhard, D. Munzar, Phys. Rev. B 79 (2009) 184513]. Here we summarize the elements of the theory and report on the temperature dependence (TD) of the low-energy mode and of the total optical spectral weight (SW). The calculated TD of the mode is consistent with experiment but the trends of the SW are not.

Electronic devices that use the spin degree of freedom hold unique prospects for future technology. The performance of these 'spintronic' devices relies heavily on the efficient transfer of spin polarization across different layers and interfaces. This complex transfer process depends on individual material properties and also, most importantly, on the structural and electronic properties of the interfaces between the different materials and defects that are common to real devices. Knowledge of these factors is especially important for the relatively new field of organic spintronics, where there is a severe lack of suitable experimental techniques that can yield depth-resolved information about the spin polarization of charge carriers within buried layers of real devices. Here, we present a new depth-resolved technique for measuring the spin polarization of current-injected electrons in an organic spin valve and find the temperature dependence of the measured spin diffusion length is correlated with the device magnetoresistance.

Muon spin relaxation has been used to probe the charge carrier motion in the molecular conductor Alq₃ (tris[8-hydroxy-quinoline] aluminum). At 290 K, the magnetic field dependence of the muon spin relaxation corresponds to that expected for highly anisotropic intermolecular electron hopping. Intermolecular mobility in the fast hopping direction has been found to be 0.23±0.03 cm² V⁻¹ s⁻¹ in the absence of an electric- field gradient, increasing to 0.32±0.06 cm² V⁻¹ s⁻¹ in an electric field gradient of 1 MV m⁻¹. These intrinsic mobility values provide an estimate of the upper limit for mobility achievable in bulk material.

With infrared (IR) ellipsometry and dc resistance measurements, we investigated the photodoping at the (001) and (110) surfaces of SrTiO3 (STO) single crystals and at the corresponding interfaces of LaAlO3/SrTiO3 (LAO/STO) heterostructures. In the bare STO crystals, we find that the photogenerated charge carriers, which accumulate near the (001) surface, have a similar depth profile and sheet carrier concentration as the confined electrons that were previously observed in LAO/STO (001) heterostructures. A large fraction of these photogenerated charge carriers persist at low temperature at the STO (001) surface even after the ultraviolet light has been switched off again. These persistent charge carriers seem to originate from oxygen vacancies that are trapped at the structural domain boundaries, which develop below the so-called antiferrodistortive transition at T∗=105K. This is most evident from a corresponding photodoping study of the dc transport in STO (110) crystals for which the concentration of these domain boundaries can be modified by applying a weak uniaxial stress. The oxygen vacancies and their trapping by defects are also the source of the electrons that are confined to the interface of LAO/STO (110) heterostructures, which likely do not have a polar discontinuity as in LAO/STO (001). In the former, the trapping and clustering of the oxygen vacancies also has a strong influence on the anisotropy of the charge carrier mobility. We show that this anisotropy can be readily varied and even inverted by various means, such as a gentle thermal treatment, UV irradiation, or even a weak uniaxial stress. Our experiments suggest that extended defects, which develop over long time periods (of weeks to months), can strongly influence the response of the confined charge carriers at the LAO/STO (110) interface.

We performed calculations of the in-plane infrared response of underdoped cuprate superconductors to clarify the origin of a characteristic dip feature which occurs in the published experimental spectra of the real part of the in-plane conductivity below an onset temperature ${{T}^{{\rm ons}}}$ considerably higher than ${{T}_{{\rm c}}}$. We provide several arguments, based on a detailed comparison of our results with the published experimental data, confirming that the dip feature and the related features of the memory function $M(\omega )={{M}_{1}}(\omega )+{\rm i}{{M}_{2}}(\omega )$ (a peak in M1 and a kink in M2) are due to superconducting pairing correlations that develop below ${{T}^{{\rm ons}}}$. In particular, we show that (i) the dip feature, the peak and the kink of the low-temperature experimental data can be almost quantitatively reproduced by calculations based on a model of a d-wave superconductor. The formation of the dip feature in the experimental data below ${{T}^{{\rm ons}}}$ is shown to be analogous to the one occurring in the model spetra below ${{T}_{{\rm c}}}$. (ii) Calculations based on simple models, for which the dip in the temperature range from ${{T}_{{\rm c}}}$ to ${{T}^{{\rm ons}}}$ is unrelated to superconducting pairing, predict a shift of the onset of the dip at the high-energy side upon entering the superconducting state, that is not observed in the experimental data; (iii) the conductivity data in conjunction with the recent photoemission data (Reber et al 2012 Nat. Phys. 8 606, Reber et al 2013 Phys. Rev. B 87 060506) imply the persistence of the coherence factor characteristic of superconducting pairing correlations in a range of temperatures above ${{T}_{{\rm c}}}$.

With ellipsometry, x-ray diffraction, and resistance measurements we investigated the electric-field effect on the confined electrons at the LaAlO₃/SrTiO₃ interface. We obtained evidence that the localization of the electrons at negative gate voltage is induced, or at least enhanced, by a polar phase transition in SrTiO₃ which strongly reduces the lattice polarizability and the subsequent screening. In particular, we show that the charge localization and the polar order of SrTiO₃ both develop below ∼50 K and exhibit similar, unipolar hysteresis loops as a function of the gate voltage.

We studied the doping and temperature (T) dependence of the infrared (IR) response of Ba(Fe1−xCox)2As2 single crystals. We show that a weak band around 1000 cm−1, that was previously interpreted in terms of interaction of the charge carriers with magnetic excitations or of a pseudogap, is rather related to low-energy interband transitions. Specifically, we show that this band exhibits a similar doping and T dependence as the hole pockets seen by angle resolved photoemission spectroscopy (ARPES). Notably, we find that it vanishes as a function of doping near the critical point where superconductivity is suppressed in the overdoped regime. Our IR data thus provide bulk specific information (complementary to the surface sensitive ARPES) for a Lifshitz transition. Our IR data also reveal a second low-energy band around 2300 cm−1 which further emphasizes the necessity to consider the multiband nature of these iron arsenides in the analysis of the optical response.