Bez względu na etap studiów, gorąco zapraszamy do współpracy!
Dlaczego nanostruktury?
Materia skondensowana – a szczególnie niskowymiarowe struktury, takie jak studnie i kropki kwantowe czy materiały warstwowe (grafen, dichalkogenki metali przejściowych) stanowią wspaniałe „laboratorium” umożliwiające badania struktury atomowej i subatomowej oraz oddziaływań elementarnych leżących u podstaw fizyki kwantowej.
Badając „sztuczne atomy” za które możemy uważać kropki kwantowe możemy wniknąć w strukturę atomów. Przy emisji pojedynczych fotonów z kropek możemy obserwować zjawiska splątania kwantowego. Możemy śledzić właściwości nanomagnesów tworzony przez pojedyncze jony magnetyczne umieszczone w kropkach. W studniach kwantowych obserwuje się zjawiska kondensacji bozonów. W grafenie rozwijane są prace dotyczące właściwości cząstek nie mających masy spoczynkowej czy wpływu zakrzywienia powierzchni na ruch elektronów, który można opisywać metodami nawiązującymi do ogólnej teorii względności. Dichalkogenki metali przejściowych stanowią nową, intensywnie rozwijającą się klasę atomowocienkich materiałów półprzewodnikowych. Materiały te, w przeciwieństwie do grafenu posiadają przerwę energetyczną, co otwiera pole do wielu zastosowań w optoelektronice, przy wykorzystaniu wielu ciekawych efektów np. dolinowego stopnia swobody czy występowaniu na warstwach jednofotonowych źródeł światła.
Dzięki nowoczesnym metodom otrzymywania materiałów i struktur badania nie ograniczają się do obiektów w naturalny sposób występujących w przyrodzie. Można tworzyć nanostruktury zaprojektowane i dostosowane specjalnie do prowadzonych badań: struktury prostsze czy też szczególnie uwypuklające pewne aspekty fizyczne, istotne dla zrozumienia postawionych problemów.
Istnieje także szczególna w dziedzinie fizyki doświadczalnej możliwość płynnego przejścia od badań podstawowych do zastosowań. Naukowcy zajmujący się fizyką eksperymentalną materii skondensowanej mają realny, indywidualny udział w prowadzonych eksperymentach – grupy badawcze są kilkuosobowe, rzadko kilkunastoosobowe, w odróżnieniu od dziedzin, gdzie liczą kilkadziesiąt, a czasem kilkaset osób. Otwiera to pole dla wymiany idei, osobistej inwencji i satysfakcji.
W naszym laboratorium
W naszym laboratorium zajmujemy się optycznymi badaniami nanostruktur półprzewodnikowych (kropki kwantowe, nanodruty, studnie kwantowe) oraz materiałów warstwowych (grafen, dichalkogenki metali przejściowych). Do badań używamy niskich temperatur (badania w ciekłym helu T=-267C=4.2K), wysokich pól magnetycznych (11T, a w ramach współpracy z ośrodkami we Francji do 35T) oraz ultraszybkich impulsów laserowych (impulsy femto- i pikosekundowe). Dzięki zastosowaniu ultraszybkich detektorów takich jak kamery smugowe oraz superczułe fotodiody lawinowe możemy przeprowadzać zaawansowane eksperymenty rozdzielone czasowo.
Do naszych specjalności należą badania pojedynczych jonów magnetycznych w pojedynczych kropkach kwantowych. Oznacza to, że jesteśmy w stanie badać własności jednego jonu magnetycznego (np. Mn2+) w kropce kwantowej. Zmieniając materiał kropki kwantowej a także, dobierając odpowiednio jon magnetyczny możemy badać różne typy oddziaływań zachodzących w takim systemie.
Kolejną dziedziną rozwijaną w naszej grupie są pomiary spektroskopowe materiałów warstwowych czy atomowocienkich dichalkogenków metali przejściowych. Jest to stosunkowo nowa i szybko rozwijająca się dziedzina, w której mamy możliwość obserwowania zależności fizycznych właściwości układu od liczby tworzących go warstw. Przy ścienianiu dichalkogenków do monowarstw skośna przerwa energetyczne przechodzi w prostą a brak środka inwersji w sieci krystalicznej prowadzi do degeneracja w punktach K i K’ w paśmie przewodnictwa, co dostarcza dolinowego stopnia swobody. Paradoksalnie, naturalnie występujące bądź sztucznie wytworzone defekty otwierają pole do nowych zastosowań. Defekty takie pełnią rolę centrów pułapkujących nośniki i mogą być dobrymi jednofotonowymi źródłami światła przy zachowaniu charakterystycznych właściwości atomowocienkich warstw dichalkogenków metali przejściowych.
Nie mniej ważnym elementem działalności grupy jest wytwarzanie struktur półprzewodnikowych w niedawno zakupionej maszynie MBE (epitaksja z wiązek molekularnych z ang. Molecular Beam Epitaxy) oraz strukturyzacja wytworzonych próbek przy pomocy urządzenia FIB (wycinanie struktur przy użyciu skupionej wiązki jonów z ang. Focused Ion Beam).
Za pomocą reflektometrii in situ, którą można mierzyć w naszym MBE, możliwe jest otrzymywanie precyzyjnych struktur fotonicznych takich jak zwierciadła Bragga. Wykonać można także bardziej skomplikowane struktury zawierające mikrownęki półprzewodnikowe, w których bada się sprzężenie światła z materią, kondensację Bosego-Einsteina, laserowanie oraz przepływ polarytonów.
Możliwość wytwarzania na miejscu zaprojektowanych przez nas struktur pozwala na szybką optymalizację otrzymywanych próbek, a także efektywne przeprowadzanie skomplikowanych eksperymentów.