Fale gęstości ładunków w materiałach van der Waalsa
Badania są związane z określeniem sprzężenia między falami gęstości ładunku w materiałach van der Waalsa a drganiami sieci w tych materiałach przy użyciu spektroskopii ramanowskiej. W czasie pracowni student zapozna się z układem doświadczalnym do mierzenia widm rozpraszania ramanowskiego. Będziemy badać warunki rezonansowe badanych kryształów czyli używać laserów o różnych długościach fali. Będziemy mierzyć widma ramanowskie z rozdzielczością polaryzacyjną co pozwoli nam zidentyfikować symetrię modów.
Opiekun: mgr Natalia Zawadzka, Natalia.Zawadzka@fuw.edu.pl, dr hab. Maciej Molas, maciej.molas@fuw.edu.pl, Laboratorium Spektroskopii Optycznej http://lasso.fuw.edu.pl/
Magnetic layered materials - CrSBr, CrOCl, VOCl
Layered magnetic materials (LMMs) form a new class of 2D materials. This research will involve studying the magneto-optical coupling in LMMs through Raman scattering and photoluminescence excitation. The student will participate from the onset of the experimental setup and will be introduced to the optical elements necessary for performing the optical measurements. We will probe the magnetic ordering of the samples through temperature-dependent experiments.
Opiekun: dr Igor Antoniazzi, igor.antoniazzi@fuw.edu.pl , dr hab. Maciej Molas, maciej.molas@fuw.edu.pl, Laboratorium Spektroskopii Optycznej http://lasso.fuw.edu.pl/
Energy Transfer in 2D Heterostructures
Van der Waals (vdW) heterostructures (HSs) formed by transition metal dichalcogenides (TMDs) like MX₂ (M = W, Mo, Re; X = S, Se) exhibit type-II band alignment, enabling long-range energy transfer (ET) via dipole-dipole coupling (Förster-type). To explore this Förster Resonance Energy Transfer (FRET) mechanism, we will fabricate and study these heterostructures using advanced experimental techniques. As part of this research, students will gain hands-on experience in mechanical exfoliation and stacking techniques for fabricating vdW heterostructures. Additionally, they will learn and apply advanced spectroscopy methods such as reflection contrast (RC), photoluminescence (PL), and photoluminescence excitation (PLE) to analyze the optical properties of these structures.
Opiekun: mgr Gayatri, gayatri@fuw.edu.pl, dr Arka Karmakar Arka.Karmakar@fuw.edu.pl, Laboratorium Spektroskopii Optycznej http://lasso.fuw.edu.pl/
Spektroskopia Ramanowska cienkich warstw stopów dichalkogenków metali przejściowych na przykładzie MoxW1-xSe2.
Badania polegają na znalezieniu częstości drgań fononów w różnej grubości warstwach MoxW1-xSe2 przy użyciu spektroskopii Ramanowskiej dla jednej wybranej koncentracji Mo/W. W czasie ćwiczenia student samodzielnie przygotuje próbkę do badań, gdzie na podłożu krzemowym będą znajdować się różnej grubości warstwy MoxW1-xSe2. Do otrzymania pojedynczych warstw MoxW1-xSe2 zostanie użyta metoda eksfoliacji mechanicznej. Celem ćwiczenia jest zbadanie widm ramanowskich na cienkich płatkach o różnych grubościach i sprawdzenie jak grubość warstwy wpływa na częstość drgań fononów. W czasie pracowni student zapozna się z obsługą spektrometru Ramanowskiego firmy LABRAM. Pomiary będą wykonywane w temperaturze pokojowej.
Opiekun: mgr inż. Katarzyna Olkowska-Pucko, Katarzyna.Olkowska-Pucko@fuw.edu.pl, dr hab. Maciej Molas, maciej.molas@fuw.edu.pl, Laboratorium Spektroskopii Optycznej http://lasso.fuw.edu.pl/
Pomiary czasowo-rozdzielcze nanostruktur azotkowych.
Ćwiczenie będzie polegało na zmierzeniu czasowo-rozdzielonej fotoluminescencji przy użyciu kamery smugowej, a następnie na analizie otrzymanych danych. Badane mogą być nanostruktury typu GaN/AlGaN lub GaInN/GaN (studnie kwantowe, nanodruty, kropki kwantowe itp).
Opiekun prof. dr hab. Krzysztof Korona
Badanie własności optycznych heterostruktur złożonych z grafenu i heksagonalnego azotku boru (BN).
Heterostruktury oparte na materiałach dwuwymiarowych cieszą się rosnącym zainteresowaniem zarówno środowiska naukowego jak i przemysłu. Struktury te wykorzystywane są m.in. do transportu spinowego czy też w układach tunelowych. Istotnym problemem jest dokładne poznanie charakteru oddziaływań między grafenem i heksagonalnym azotkiem boru i poznanie zmian właściwości tych materiałów pod jego wpływem. W ramach ćwiczenia warstwy oraz heterostruktury zbudowane z grafenu i heksagonalnego azotku boru zostaną wytworzone za pomocą metody eksfoliacyjnej. Następnie wytworzone próbki zostaną poddane badaniom za pomocą technikispektroskopii ramanowskiej oraz mikroskopii sił atomowych.Wyniki uzyskane dla pojedynczych warstw jak i heterostruktur zostaną ze sobą porównane, co pozwoli na oszacowanie wpływu oddziaływania między pojedynczymi warstwami heksagonalnego azotku boru oraz grafenu na charakterystyki fononowe tych materiałów. Literatura: D.S. Abergel, J.R. Wallbank, X. Chen, M. Mucha-Kruczynski, V. Fal’ko, New Journal of Physics 15 (2013); E.E. Vdovin, A. Mishchenko, M.T. Greenaway, M.J. Zhu, D. Ghazaryan, A. Misra, Y. Cao, S.V. Morozov, O. Makarovsky, T.M. Fromhold, A. Patanè, G.J. Slotman, M.I. Katsnelson, A.K. Geim, K.S. Novoselov, L. Eaves, Physical Review Letters 116 (2016) 186603.
Opiekun prof. dr hab. Andrzej Wysmołek
Pomiary widm luminescencji mikrownęk półprzewodnikowych
Fizyka mikrownęk półprzewodnikowych jest szczególnie interesująca z powodu odkrycia w nich kondensatu Bosego - Einsteina i stanu nadciekłego polarytonów ekscytonowych. Polaryton ekscytonowy jest kwazicząstką powstającą w wyniku silnego sprzężenia modu fotonowego mikrownęki optycznej i ekscytonu powstającego w studni kwantowej. Celem ćwiczenia jest zbadanie widma emisji polarytonów w przestrzeni rzeczywistej i w przestrzeni pędów. Pomiary będą zmierzały w kierunku zbadania efektów związanych z kondensatem Bosego - Einsteina i efektami nieliniowymi. Możliwymi materiałami do badań są mikrownęki półprzewodnikowe na bazie CdTe oraz GaAs, jak również mikrownęki dielektryczne z perowskitami o różnych geometriach.
Opiekun dr hab. Barbara Piętka, prof UW
Badania EPR grafenu.
Ćwiczenie będzie polegało na zbadaniu własności magnetycznych warstw grafenu otrzymanego z rozpadu SiC oraz grafenu epitaksjalnego wyhodowanego w ITME. Badania będą prowadzone przy użyciu techniki spektroskopowej Elektronowego Rezonansu Paramagnetycznego.
Opiekun dr hab. Aneta Drabińska, prof UW
Badania optyczne struktur kwantowych wbudowanych w nanodruty GaN.
Struktury kwantowe (studnie kwantowe, kropki kwantowe) wbudowane w nanodruty GaN dająduże nadzieje na wykorzystanie w jako nanoźródław obszarze ultrafioletu, w tym również źródła pojedynczych fotonów na potrzeby kryptografii kwantowej. Takie złożone nanostruktury sąrównież bardzo obiecujące z punktu widzenia nanosensorów czy też ogniw słonecznych. Nanodruty z wbudowanymi studniami, czy też kropkami kwantowymi są też bardzo interesujce z punktu widzenia zrozumienia procesów rekombinacji promienistej w nich zachodzących. W ramach ćwiczenia proponowane są badania z wykorzystaniem spektroskopii ramanowskiej oraz mikroluminescencji na grupach oraz pojedynczych nanodrutach GaN, w szerokim zakresie temperatur, z różnymi energiami pobudzania (w zakresie UV-VIS). Literatura: J. Kierdaszuk P. Kazmierczak A. Drabińska K. Korona, A. Wolos, M. Kaminska, A.Wysmolek, I. Pasternak, A. Krajewska, K. Pakula, Z.R. Zytkiewicz, Physical Review B 92 (2015) 195403.
Opiekun prof. dr hab. Andrzej Wysmołek
Opiekun dr hab. Wojciech Pacuski, prof UW
Oddziaływanie światło-materia z wykorzystaniem siatek podfalowych na bazie GaN.
W ramach ćwiczenia badane są struktury fotniczne określane mianem dyfrakcyjnych siatek podfalowych, czyli periodycznych, jednowymiarowych układów pasków wykonanych z dielektryka lub półprzeodnika o okresie mniejszym niż długość fali padającego światła. Siatki podfalowe mogą działać jako wydajne lustra lub jako wnęki optyczne o dużej dobroci. Wysoka wytrzymałość materiałowa, współczynnik koło 2.2 oraz przezroczystość w obszarze widzialnym decyduje przydatność azotku galu (GaN) do wytwarzania podfalowych struktur fotonicznych. W ramach ćwiczenia wykonane zostaną pomiary odbicia, a także zintegrowanej i rozdzielonej czasowo fotoluminescencji na siatkach podfalowych na bazie GaN z nałożonymi na ich powierzchnię emiterami kwantowymi, takimi jak kolidalne kropki kwantowe.
Opiekun dr hab. Jan Suffczyński, prof UW
Badanie emisji ciemnego ekscytonu w płaszczyźnie w kropce kwantowej CdTe/ZnTe
Najnowsze badania magnetospektroskopowe samoorganizowanych kropek kwantowych CdTe/ZnTe wskazują, że ciemny ekscyton może pełnić bardzo istotną rolę w tworzeniu się wysokich kompleksów ekscytonowych. Jego czas życia w zerowym polu magnetycznym jest bardzo długi w porównaniu z czasami rekombinacji jasnych kompleksów ekscytonowych. Rozważania teoretyczne wskazują, że jego emisja powinna być silnie ukierunkowana w płaszczyźnie kropki. W trakcie eksperymentu zbadana zostanie taka emisja dla kilku kropek kwantowych pobudzanych nierezonansowowo przy pomocy lasera impulsowego o niskiej częstości repetycji impulsów (4 MHz).
Opiekun prof. dr hab Piotr Kossacki
Badania rentgenowskie warstw azotku boru otrzymywanych metodą MOVPE na podłożach szafirowych.
W ramach ćwiczenia należy określić jakość strukturalną warstwy azotku boru otrzymywanej metodą MOVPE na podłożu szafirowych (tj. odległość między warstwami, średnią liczbę warstw oraz orientację względem podłoża). W tym celu należy wykonać serię pomiarów dyfrakcji rentgenowskiej przy użyciu dyfraktometru rentgenowskiego i dokonać analizy otrzymanych danych.
Opiekun dr Mateusz Tokarczyk
Badania namagnesowania nanocząstek up-konwertujących
Nanocząstki up-konwertujące (NaYF4 z Er3+,Yb3+ i Gd3+ oraz Gd2O3:Er3+,Yb3+ i Y3Al5O12: Er3+,Yb3+) stanowią nową klasę materiałów wykorzystywanych w biologii i medycynie do obrazowania wnętrza komórek i badania zachodzących w nich procesów biochemicznych. Zsyntetyzowane w IF PAN nanocząstki zostaną poddane pomiarom namagnesowania w magnetometrze SQUID. W ramach pracowni studentka lub student wykona pomiar i dopasowując krzywe teoretyczne do wyników pomiarów wyznaczy koncentrację jonówmagnetycznych Yb, Er, Gd.
Opiekun dr hab. Jacek Szczytko, prof UW
Własności elektryczne MnTe
Heksagonalny tellurek manganu (MnTe) to półprzewodnik o przerwie 1.3V, który jest antyferromagnetykiem. Ta grupa materiałów przeżywa aktualnie swój renesans, ze względu na sprzężenie własności magnetycznych i elektrycznych i potencjał zastosowania w zapisie informacji: w odróżnieniu od ferromagnetyków antyferromagnetyki wykazują znikomą wrażliwość na pole magnetyczne, zatem przechowywany układ domen może być trwały. MnTe jest tu szczególnie interesujący, gdyż wykazuje anomalny efekt Halla [1, 2]: pojawienie się poprzecznego napięcia związanego z namagnesowaniem. Zgodnie z modelem [2] wartość i znak tego napięcia zależą od koncentracji nośników. Celem ćwiczenia jest zbadanie własności elektrycznych nowej próbki z objętościowego kryształu MnTe, aby wyznaczyć koncentrację nośników, zmierzyć anomalny efekt Halla oraz zależność oporu od temperatury. Doświadczenie będzie wykonywane w kriostacie z cewką nadprzewodzącą do 12T, w temperaturach (1.5-320) K.
[1] K. P. Kluczyk et al., arXiv: 2310.09134 (2023)
[2] R. D. G. Betancourt et al., Phys. Rev. Lett. 130, 036702 (2023)
Opiekun: dr hab. Marta Borysiewicz
Własności elektryczne ultracienkiej warstwy MoTe2
Dwutellurek molibdenu (MoTe2) należy do grupy dichalkogenków metali przejściowych (DMP). Związki te znane są od dawna, jednakże dopiero po odkryciu grafenu i jego fascynujących właściwości, zwrócono uwagę na właściwości ultra-cienkich warstw tych materiałów. Nie jest specjalnie zaskakujące, że właściwości pojedynczych warstw atomowych zależą od otoczenia: stan ładunkowy powierzchni na której leży, naprężenia czy nawet atmosfera istotnie modyfikują przewodnictwo warstw. Celem ćwiczenia jest przeprowadzenie pomiarów własności elektrycznych pojedynczych warstw MoTe2, otoczonych azotkiem boru (BN), który stanowi dobrą izolację elektryczną oraz zmiana własności MoTe2 poprzez bramkowanie. Doświadczenie będzie wykonywane w kriostacie z cewką nadprzewodzącą do 12T, w temperaturach (1.5-320) K.
Opiekun: dr hab. Marta Borysiewicz
Spinowy Efekt Halla w strukturach MnSe pokrytych Pt
Spin Hall effect in MnSe structures covered with Pt
MnSe w strukturze krystalicznej wurcytu jest ciekawym materiałem ze względu na rozszczepienie struktury pasmowej ze względu na spin wzdłuż kierunków o niskiej symetrii przy jednoczesnym skompensowaniu sąsiadujących momentów magnetycznych. Orientacja momentów magnetycznych Mn w tym półprzewodniku względem osi krystalograficznych jest wciąż eksperymentalnie niezbadana, jedynie przewidziana teoretycznie. Natomiast Pt jest szlachetnym metalem ciężkim wykazującym silne sprzężenie spinowo-orbitalne, które skutkuje występowaniem szeregu ciekawych efektów uwidaczniających się w badaniach magnetotrasportu takich jak spinowy efekt Halla. Pozwala on na wnioskowanie o reorientacji momentów magnetycznych w sąsiadującej warstwie magnetycznej i przez to może przyczynić się do zrozumienia struktury magnetycznej. W ćwiczeniu student będzie miał możliwość zaobserwowania zjawisk związanych ze spinowym efektem Halla i reorientacją spinów w warstwie magnetycznej MnSe poprzez pomiary elektryczne w silnym polu magnetycznym.
MnSe in wurtzite crystalline structure is an intriguing material due to the spin splitting of the bands along low symmetry directions together with compensation of the neighboring magnetic moments. The orientation of the Mn magnetic moments with respect to the crystalline axes is still experimentally unconfirmed. It is only theoretically predicted. On the other hand, Pt is a heavy metal exhibiting strong spin-orbit coupling, which results in the presence of numerous interesting phenomena such as spin Hall effect. It allows us to conclude about the reorientation of magnetic moments in an adjacent layer and thus it can help to understand magnetic structure of MnSe. In this project, a student will have the opportunity to observe phenomena related to the spin Hall effect and reorientation of the magnetic moments in the magnetic layer of MnSe with electrical measurements in a strong magnetic field.
Opiekun: dr Michał Grzybowski
Wpływ pola elektrycznego na fotoluminescencję asymetrycznych studni kwantowych CdSe
Electric field effect on the photoluminescence of asymmetric CdSe quantum wells
Kryształy pozbawione środka symetrii wykazują intrygujące właściwości jak na przykład spontaniczna polaryzacja elektryczna. Może ona istotnie wpływać na zachowania optyczne struktur półprzewodnikowych takich jak studnie kwantowe. Pole elektryczne modyfikuje funkcje falowe związanych w niej nośników, separuje przestrzennie elektrony i dziury a także obniża energię fotonów powstających w procesie rekombinacji. Dlatego też metody badań optycznych mogą stanowić niezwykle użyteczne źródło informacji o istnieniu i wielkości polaryzacji elektrycznej. W ćwiczeniu studenci mogą zapoznać się z przykładową strukturą półprzewodnikową – asymetryczną studnią kwantową CdSe z barierami (Cd,Mg)Se oraz MnSe – w której wewnętrzne pole elektryczne gra istotną rolę. Celem ćwiczenia będzie doświadczalna próba modyfikacji tego pola elektrycznego, a przez to własności optycznych – za pomocą przykładania napięcia elektrycznego do bramki.
Crystals which are non-centrosymmetric exhibit intriguing properties such as spontaneous electric polarization. It can significantly affect the optical behavior of the semiconductor structures such as quantum wells. The electric field modifies wavefunctions of the confined carriers, separates spatially electrons and holes and lowers the energy of photons created in the recombination process. Therefore, optical studies can be a very useful source of information about the existence and the magnitude of the electric polarization. In this project students can familiarize with the exemplary semiconductor structure – asymmetric CdSe quantum well with (Cd,Mg)Se and MnSe barriers – in which a built-in electric field play an important role. The project aim will be to modify the electric field and consequently the optical properties of the system with the externally applied voltage.
Opiekun: dr Michał Grzybowski
Badania izolatorów topologicznych przy użyciu spektrometru EPR
Ćwiczenie będzie polegało na udziale w pomiarach próbek izolatorów topologicznych przy użyciu spektrometru EPR oraz na opracowaniu danych pomiarowych. Izolatory topologiczne stanowią kwantową fazę materii. Badać będziemy topologiczne materiały czteroskładnikowe domieszkowane dodatkowo metalami przejściowymi (Mn, Fe, Cr).
Opiekun dr hab. Agnieszka Wołoś, prof UW
Badania struktur hybrydowych grafen/TaS2
Kryształy 2D, w tym dichalkogenki metali przejściowych (TMDC) skupiają na sobie bardzo intensywne zainteresowanie naukowców z całego świata. Spowodowane to jest wyjątkowymi właściwościami pojedynczych warstw tych materiałów, ale również możliwości budowania złożonych struktur kwantowych z nakładanych na siebie kolejnych warstw tych materiałów. W ramach pracy licencjackiej proponowane są badania dwusiarczku tanatalu (TaS2) oraz jego oddziaływania z grafenem. TaS2 wykazuje przejścia fazowymi pierwszego rodzaju związane z falami gęstości ładunku (CDW), wyraźnym przejściem izolator-metal oraz relatywnie wysokąwartością sprzężenia spin-orbita. Połączenie grafenu z TMDC dajeunikalną możliwość stworzenia układu, który umożliwia generację imanipulowanie spinowo rozróżnialnymi nośników ładunku. Osobno TaS2 oraz grafen nie są w stanie spełnić wymagań stawianych urządzeniom spintronicznym, natomiast w połączeniu są realnym kandydatem do budowy materiału hybrydowego, który może stać się podstawą systemów komputerowych nowej generacji. Żeby zrealizować te idee, należy najpierw w sposób wyczerpującyrozpoznać zjawiska, które występująna złączu grafen oraz TaS2. W ramach ćwiczenia proponowane są badania ramanowskie oraz z wykorzystaniem mikroskopii sił atomowych (AFM), skaningowej mikroskopii tunelowej (STM) struktur grafen/TaS2. Planowane jest rozszerzenie badań na struktury hybrydowe z TaSe2 oraz innymikryształami TMCD. Literatura: G. Liu, B. Debnath, T.R. Pope, T.T. Salguero, R.K. Lake, A.A. Balandin, Nature Nanotechnology 11 (2016) 845.
Opiekun prof. dr hab. Andrzej Wysmołek, prof. dr hab. Roman Stępniewski
Badania grafenu płatkowego i jego pochodnych
Grafen płatkowy i jego pochodne uzyskiwane z grafitu metodami fizyko-chemicznymi ma wiele potencjalnych zastosowań, szczególnie tam, gdzie zdefektowanie jest raczej zaletą niż wadą. Płatkowy tlenek grafenu oraz zredukowany tlenek grafenu (w założeniu grafen) może byćwykorzystany w zastosowaniach np. do przewodzących tuszy, przezroczystych i przewodzących elektrod w ogniwach słonecznych, elektrod w bateriach, superkondensatorach, biosensorach selektywnie reagujących na zewnętrzne bodźce chemiczne w gazach i cieczach.Właściwości optyczne i elektryczne grafenu płatkowego i jego pochodnych są przedmiotem intensywnych badań. Ciągle jeszcze wiele procesów zachodzących w tym materiale jest niewyjaśnionych.Ćwiczenie obejmowałoby badania optyczne (efekt Ramana, luminescencja, odbicie w świetle spolaryzowanym) pojedynczych płatków oraz struktur warstwowych odkładanych na różnych podłożach (np. na Si, szkle, GaN, BN), które mogłyby być wykorzystane np. do pomiaru wilgotności, czy też detekcji gazów. Niezależnie od znaczenia aplikacyjnego badania te są bardzo interesujące z punktu widzenia zrozumienia podstawowych procesów zachodzących w grafenie płatkowym, tlenku grafenu i zredukowanym tlenku grafenu. Literatura: J. Binder, J.M. Urban, R. Stepniewski, W. Strupinski, A. Wysmolek, Nanotechnology 27 (2015); Y. Shin, M. Lozada-Hidalgo, J.L. Sambricio, I.V. Grigorieva, A.K. Geim, C. Casiraghi, Applied Physics Letters 108 (2016) 221907.
Opiekun prof. dr hab. Andrzej Wysmołek, prof. dr hab. Roman Stępniewski
Technologia wzrostu i właściwości optyczne warstw epitaksjalnych azotku boru
Azotki stanowią grupę związków chemicznych będących podstawą wielu najnowocześniejszych urządzeń optoelektronicznych takich jak efektywne źródła światła białego (Nagroda Nobla z fizyki 2014), lasery emitujące w zakresie światła niebieskiego i ultrafioletu czy tranzystory mocy pracujący w zakresie GHz.Azotek boru jest najmniej zbadanym materiałem w tej grupie. Właściwości strukturalne i optyczne tego materiału są przedmiotem intensywnych badań. Wyjaśnienia wymaga rola defektów i domieszek w procesach rekombinacji promienistej tych materiałów.Ćwiczenie obejmowałaby uczestnictwo w procesach wzrostu warstw BN i związków mieszanych Al1-xBxN z wykorzystaniem technologii MOVPE oraz badania optyczne (efekt Ramana, luminescencja, odbicie, absorpcja) otrzymanych warstw. Celem badań będzie poznanie fundamentalnych procesów zachodzących w tych materiałach i ich znaczenia dla możliwości zastosowania BN w optoelektronice. Literatura: Y. Stehle, H.M. Meyer, R.R. Unocic, M. Kidder, G. Polizos, P.G. Datskos, R. Jackson, S.N. Smirnov, I.V. Vlassiouk, Chem. Matter. 27 (2015) 8041.
Opiekun prof. dr hab. Roman Stępniewski, prof. dr hab. Andrzej Wysmołek
Zaliczenie i ocena ćwiczenia nie są zależne od sukcesu naukowego w/w przedsięwzięcia, ale od zaangażowania studenta w podjęte zadanie. Formalnym kryterium zaliczeniowym będzie raport z przeprowadzonego ćwiczenia.
dr. hab B. Piętka, prof UW