J.Pniewski & L.Infeld Colloquium

Eksperymentalne odkrycie grafenu w 2004, a następnie przyznanie nagrodyNobla za wyizolowanie oraz badania właściwości grafenu w 2010, sprowadziłouwagę znaczącego naukowców na warstwowe materiały van der Waalsa. Materiałyte, w odróżnieniu od klasycznie badanych związków tj. krzem, arsenek galu,czy azotek galu, charakteryzują się znaczącą różną siłą wiązań międzyatomami w różnych kierunkach. W ramach płaszczyzn poszczególnych warstw mamydo czynienia silnymi wiązaniami kowalencyjnymi lub jonowymi, natomiastkolejne warstwy są związane słabymi wiązaniami van der Waalsa. Pozwala to naotrzymywanie struktur o grubości pojedynczych warstw (monowarstw) zwykorzystaniem taśmy klejącej. Warstwowe materiały van der Waalsa tworząwiele rodzin związków, z którym każda zawiera nawet po kilkadziesiąt różnychzwiązków. Ponadto, wiele tych materiałów charakteryzuje się znacznie różnymiwłaściwości elektronowymi oraz optycznymi monowarstw w porównaniu domateriałów objętościowych. Możliwość łatwego łączenia różnych związków wheterostruktury ze względu na wiązania van der Waalsa, np. półprzewodniki,metale, izolatory, nadprzewodniki otworzyła wiele fascynujących ścieżekbadawczych.

W mojej grupie badawczej badamy właściwości elektronowe, optyczne imagnetyczne szerokiej gamy materiałów van der Waalsa. W ramach tej grupynależy wymienić półprzewodnikowe materiały warstwowe z rodzinydichalkogenków metali przejściowych (np. WS2), czy związki z grupytrihalidków chromu (np. CrBr3), które charakteryzują się właściwościamimagnetycznymi. Prowadzone główne nurty badań można sklasyfikować w kilkugrupach: badania właściwości optycznych kompleksów ekscytonowych (związanychpar elektron-dziura) w materiałach [1-5], badania struktury krystalicznejmateriałów i jej sprzężenia z właściwościami elektronowymi i optycznymi[6-8], badania sprzężenia między drganiami sieci krystalicznejwłaściwościami magnetycznymi materiałów warstwowych [9] oraz najnowszebadania widm elektroluminescencji diód święcących składających się ze stosówmateriałów van der Waalsa [10]. Prowadzone badania wykorzystujące szeregróżnorodnych technik eksperymentalnych, tj. fotoluminescencja, odbicie,rozpraszania ramanowskiego, elektroluminescencja, które są wykonywane wszerokim zakresie temperatur (od ciekłego helu do temperatury pokojowej)oraz w zewnętrznych polach magnetycznych (do 16 T) oraz z możliwością zmianywłaściwości tych materiałów z wykorzystaniem pola elektrycznego.

Podsumowując, prowadzone badania warstwowych materiałów van der Waalsa łącząbadania właściwości fundamentalnych poszczególnych związków, poprzezplanowanie i wytwarzanie zaawansowanych heterostruktur składających się zszereg różnych związków o zadanych właściwościach elektronowych, optycznychi magnetycznych. Badania te łączą dziedzinę fizyki materii skondensowanej znauką o materiałach pozwalając na wychodzenie w stronę badań innowacyjnycharchitektur w celu ich potencjalnego zastosowania.

[1] M. R. Molas et al., Physical Review Letters 123, 136801 (2019).
[2] M. Zinkiewicz et al., Nano Letters 21, 2519 (2021).
[3] K. Pucko et al., 2D Materials 10, 015018 (2023).
[4] N. Zawadzka et al., Applied Physics Letters 122, 042102 (2023).
[5] L. Du et al., Science 379, 1313 (2023)
[6] M. R. Molas et al., Faraday Discussions 227, 163 (2021)
[7] M. Bhatnagar et al., Scientific Reports 12, 14169 (2022).
[8] M. Zinkiewicz et al., npj 2D Materials and Applications 8, 2 (2024).
[9] Ł. Kipczak et al., Scientifc Reports 14, 7484 (2024).
[10] K. Walczyk et al., Solid State Communications 396 , 115756 (2025).

Pobierz plakat / Download the poster
Obejrzyj nagranie / Watch the video
Pobierz slajdy / Download the slides