Interdyscyplinarne Środowiskowe Studia Doktoranckie "Fizyczne, Chemiczne i Biofizyczne Podstawy Nowoczesnych Technologii i Inżynierii Materiałowej" (FCB)

Tytuł projektu

Nazwa Beneficjenta/Beneficjentów

Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej Akademii Górniczo-Hutniczej

Nazwa programu

Program Operacyjny Wiedza Edukacja Rozwój

Konkurs

Interdyscyplinarne Programy Studiów Doktoranckich - Interdyscyplinarne Środowiskowe Studia Doktoranckie "Fizyczne, Chemiczne i Biofizyczne Podstawy Nowoczesnych Technologii i Inżynierii Materiałowej" (FCB)

Wartość projektu

10 123 883,00 zł na 75 beneficjentów

Wartość dofinansowania

134 895,00 zł na jednego doktoranta

Okres realizacji projektu

od 1.09.2017r. do 31.08.2022r. (przedłużony do 31.10.2023)

Poznajcie nasz zespół

prof. dr hab. inż. Bartłomiej Szafran
prof. dr hab. inż. Andrzej Koleżyński
dr inż. Alina Mreńca-Kolasińska

Zobacz efekt naszej pracy

Wszystkie wyniki badań Bartłomieja Rzeszotarskiego zostały opublikowane w renomowanych międzynarodowych czasopismach naukowych ujętych w wykazie czasopism naukowych Ministerstwa Edukacji i Nauki o punktacji równej 140.

Najważniejsze publikacje:

B. Rzeszotarski, B. Szafran, Phys. Rev. B 98, 075417 (2018)
B. Rzeszotarski, A. Mreńca-Kolasińska, B. Szafran, Phys. Rev. B 99,
165426 (2019)
B. Rzeszotarski, A. Mreńca-Kolasińska, B. Szafran, Phys. Rev. B 101,
115308 (2020)
B. Rzeszotarski, A. Mreńca-Kolasińska, F. M. Peeters, B. Szafran, Sci.
Rep. 11, 19892 (2021)

Bartłomiej Rzeszotarski jest laureatem nagrody im. A. Piekary Polskiego Towarzystwa Fizycznego za najlepszą pracę magisterską w zakresie fizyki, następnie programu Diamentowy Grant oraz stypendystą Etiuda NCN. Doktorant uzyskał stypendium MNiSW dla wybitnych młodych pracowników i doktorantów. Obecnie jest zatrudniony w Instytucie Fizyki Uniwersytetu Jagiellońskiego jako post-doc w projekcie OPUS.

Jaki problem rozwiązuje nasz projekt?

W ramach doktoratu zostały zbadane właściwości transportowe ładunku i spinu w nanoukładach na bazie silicenu. Szczególną uwagę poświęcono badaniu fazy topologicznego izolatora wywołanej wbudowanym oddziaływaniem spin-orbita. Kontrola przejścia z fazy trywialnego do fazy topologicznego transportu (kwantowego spinowego efektu Halla) opierała się na wprowadzeniu zewnętrznego, prostopadłego do struktury pola elektrycznego, które można m.in. zrealizować za pomocą bramkowania obszaru wstęgi. W wykorzystywanym modelu teoretycznym opartym o hamiltonian ciasnego wiązania dla silicenu uwzględniono oddziaływanie zewnętrznego pola magnetycznego ze strukturą. Wszystkie obliczenia wykonywane były z rozdzielczością atomowa.
Doktorant pokazał, że wykorzystując fazę topologicznego transportu w silicenie możliwe jest odwrócenie spinu spolaryzowanego w płaszczyźnie wstęgi na bardzo krótkim dystansie rzędu kilku nanometrów, co ma bardzo duże znaczenie pod kątem aplikacyjnym w nowych urządzeniach spintronicznych. Przedstawiono również jak w prosty sposób można kontrolować prędkość precesji spinu za pomocą potencjału bramki sterującej (dobierając odpowiedni poziom Fermiego) oraz zaproponowano projekt eksperymentalnego pomiaru odwrócenia spinu.
Jednym z badanych układów był detektor stanu fazy topologicznej, zrealizowany w geometrii klasycznego doświadczenia Younga. Uzyskane wyniki dla interferencji Aharonova-Bohma w polu magnetycznym identyfikują mieszanie się prądu spinowego, co oznacza stan transportu trywialnego, natomiast ostre piki rezonansowe w mierzonej konduktancji zdradzają związanie się prądu spolaryzowanego spinowo na obszarze wycięcia (rozdzielenia kanałów wstęgi) oznaczający fazę topologiczną. Pokazano, że w takim przypadku nie następuje interferencja fali elektronu na kwantowym odpowiedniku podwójnej szczeliny.
Końcowe wyniki badań ujęte w doktoracie dotyczyły wyznaczenia efektywnego czynnika Landego g* dla geometrii kontaktu punktowego zrealizowanego w silicenie. Wykazano anizotropowy charakter g* oraz przedstawiono wpływ oddziaływań spin-orbitalnych na jego wartości.

Kto korzysta/skorzysta z wyników projektu?

W ramach przeprowadzonych przez nas badań przedstawiono model teoretyczny tranzystora spinowego dla silicenu, który może być wykorzystany jako element w dziedzinie spintroniki i inżynierii kwantowej. Zaprojektowane przez nas układy do detekcji fazy topologicznego izolatora oraz rezystancyjnego pomiaru interferencji Aharonova-Bohma mogą zostać użyte przez grupy eksperymentalne badające właściwości topologiczne w silicenie, a także innych materiałach 2D o podobnych cechach (np. germanen, stanen) wykazujących silne oddziaływania spin-orbita typu Kane-Mele.