Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

This master thesis studies the fundamental behavior of strongly correlated electron systems (SCES) reduced to a two-dimensional (2D) form. Strongly correlated systems are known to exhibit a rich variety of phenomena, e.g. heavy fermions, metal-insulators transitions, high-temperature superconductivity, etc. The dimensionality reduction of SCES is expected to enhance these correlation effects drastically, while quantum and thermal fluctuations are expected to acquire a more dominant role in 2D systems. This competition between the tendency to order and fluctuations might reveal new exotic systems, and a better understanding of the fundamental physics in these systems. Furthermore, many two-dimensional systems exhibit a Dirac cone in their electronic band structure which is often accompanied with non-trivial topological states. Consequently, these 2D SCES provide an unexplored playground where there is an interesting interplay of relativistic dispersion, strong correlations, and topological ordering. To explore this novel fundamental playground a theoretical study based on first-principle calculations is performed on vanadium sesquioxide V2O3. Three-dimensional bulk V2O3 is known as a SCES where there is a low-temperature non-isostructural metal-insulator transition (MIT), and a high-temperature isostructural MIT upon Cr-doping. Recent first-principle calculations combined with effective Hamiltonian analysis predict 2D single-atomic layer V2O3 with honeycomb-kagome (HK) lattice structure to be a magnetic Chern insulator at room-temperature. A first step in this master thesis is to verify the predictions of 2D HK V2O3 in the literature, followed by a more thorough density functional theory (DFT) based study of its physical properties. The structural stability is studied dynamically, thermally and mechanically. The electronic and orbital structure are investigated by the use of various exchange-correlation functionals accounting for the strong correlation effects present in the system. The second part of this thesis focuses on the type of realization of the quantum anomalous Hall effect. The magnetic properties are determined by DFT complemented by Monte-Carlo simulations, followed by a tight-binding calculation to study the low-energy physics and the topological nature of the band structure. This also led to proposing a unification scheme for this special type of systems, called Dirac half-metals. The last part focuses on the experimental feasibility of the 2D HK V2O3 monolayer by the search for an optimal substrate, followed by a strain study.

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Kanker is nog steeds een van de meest voorkomende doodsoorzaken ter wereld. Verschillende behandelingstechnieken worden hierbij ingezet zoals chemotherapie, chirurgie, radiotherapie of combinaties daarvan. Echter in meer dan 50% van de behandelingen wordt radiotherapie gebruikt. Bij de radiotherapie wordt de tumor bestreden door bestraling met hoog energetische X-stralen. Deze straling zorgt voor beschadigingen in het DNA van de tumorcellen waardoor deze niet verder groeien en afsterven. Het probleem in de moderne radiotherapie blijft het feit dat de gebruikte straling geen onderscheid maakt tussen kwaadaardige tumorcellen en normaal weefsel. Hierdoor treden schadelijke neveneffecten in gezonde cellen rondom de tumor op. Het radiosensitiserend effect van goud nanodeeltjes (GNPs) introduceert een nieuwe aanpak om deze neveneffecten te verminderen. Door de intrinsieke eigenschappen van goud interageert de straling veel sterker met goud dan met biologisch weefsel. Dit zorgt voor de generatie van elektronen die veel lokalere schade aan het DNA kunnen aanbrengen. Wanneer de GNPs nu in de tumor worden geplaatst, en deze bestraald wordt, zal er meer schade in de tumor worden aangericht dan in het gezonde weefsel errond. Dit lokale versterkende effect maakt het mogelijk om de patiënt te behandelen met een lagere stralingsdosis en zo de negatieve neveneffecten te reduceren. In dit werk werd het radiosensitiserend effect van GNPs onderzocht, zowel d.m.v. experimenten als simulaties. In de experimenten werden GNPs gemengd met DNA, waarna het geheel werd bestraald. De hoeveelheid aan DNA schade werd gemeten en vergeleken met de DNA schade in een DNA oplossing zonder GNPs. Op deze manier werd het versterkende effect van de GNPs gekwantificeerd. Door de grootte van de deeltjes te variëren kon de grootte afhankelijkheid van het effect worden nagegaan. Ook werd op het oppervlak van de deeltjes een polymeerlaag met een variërende dikte aangebracht. De dikte van deze laag bepaalt hoe dicht het DNA zich bij de GNPs kan begeven. Zo kan de sterkte van het effect op verschillende afstanden van een deeltje bepaald worden. Ten slotte werd er ook geëxperimenteerd met een positief geladen polymeerlaag die verwacht werd het negatieve DNA aan te trekken, waardoor het DNA dichter bij de deeltjes komt te zitten. Dit zou moeten resulteren in een stijging van de gemeten DNA schade. De maximale geobserveerde versterking van de DNA schade was een vermeerdering met een factor van 2.08. Dit is een duidelijke bevestiging van het radiosensitiserend effect van GNPs. Analyse van de grootte afhankelijkheid toont een voordeel voor kleinere deeltjes. Verder werd er een daling in DNA schade waargenomen wanneer de polymeerlaag op het deeltjesoppervlak dikker is, en het DNA dus verder van het goud is verwijderd. Dit toont een afstandsafhankelijkheid aan voor de sterkte van het radiosensitiserend effect. Tot slot bewezen de uitgevoerde experimenten dat een positieve polymeerlaag voor aantrekking van het DNA kan zorgen. Een bevestiging van de verwachte extra DNA schade is echter niet gevonden, door limitaties van de gebruikte experimentele methode. Simulaties gelijkaardig aan de experimentele setup resulteerden in een maximale versterkingsfactor van 1.61. Ondanks dit verschil tussen de experimenten en de simulaties, wordt het radiosensitiserend effect door beiden duidelijk aangetoond. Dit bevestigt de potentiële voordelige rol voor het gebruik van GNPs in radiotherapie.

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)