Faculty of Physics University of Warsaw > Events > Seminars > Solid State Physics Seminar

Solid State Physics Seminar

2006/2007 | 2007/2008 | 2008/2009 | 2009/2010 | 2010/2011 | 2011/2012 | 2012/2013 | 2013/2014 | 2014/2015 | 2015/2016 | 2016/2017 | 2017/2018 | 2018/2019 | 2019/2020 | 2020/2021 | 2021/2022 | 2022/2023 | 2023/2024 | 2024/2025

RSS

room 0.06, Pasteura 5 at 10:15

Robert Szoszkiewicz PhD, Habil., Assoc. Prof. of Physical Chemistry (Faculty of Chemistry, Biological and Chemical Research Centre, University of Warsaw, Żwirki i Wigury 101, 02-089 Warsaw, Poland.)

Kinetics of oxidative etching and Mo oxides produced during oxidation of single microscale 2H MoS2 flakes in air and high relative humidity

For numerous applications of microscopic MoS2 crystals one must understand their most expected surface reactions. Ubiquitous examples of these are oxidation reactions in air and water. In this seminar, we show how we studied the kinetics of microscopic heat-induced oxidative etching in the case of thick, mechanically exfoliated, geological MoS2 crystals in air. Next, based on the literature we discuss particular reaction mechanisms of oxidative etching as well as mention other competitive processes. In the second part of the seminar, we show how to differentiate MoO3 oxides and their derivatives on thermally oxidized microscopic 2H MoS2 flakes. In order to do so, we combined XPS and AFM measurements such as topography, friction, creation of nanoscale ripples and scratches on the MoS2 flakes.References:1. U. Ukegbu, R. Szoszkiewicz, J. Phys. Chem. C, 2019.2. R. Szoszkiewicz, M. Rogala, P. Dąbrowski, submitted, 2020.UwagaSeminarium w trybie zdalnympatrz instrukcja :instrukcja: (pdf file)AttentionThe seminar in the remote modesee instruction :instruction: (pdf file)

join us at 10:15

dr Krzysztof Gałkowski (Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu, University of Cambridge)

Where are hybrid perovskite semiconductors right now? Exciting perspectives for fundamental studies"

Hybrid metal-halide perovskites have stormed into the field of semiconductors offering good absorption properties, high photoluminescence yields, an easily tunable bandgap and long carrier lifetimes/diffusion lengths, all together with inexpensive, low-temperature fabrication methods. However, after a decade of research, perovskites are still remaining only "promising candidates" for photovoltaics and LED materials; despite earlier hopes for rapid commercialization, no perovskite-based technology has reached mass market yet.During this seminar, I aim to convince the audience that these fascinating materials still deserve a lot of our attention, as there is much more interesting physics to understand beyond merely optimizing perovskite stability. To start, I will briefly present recent progress in the field and remaining challenges, in particular, fundamental problems being currently under intense debate. Among them are, for example, the origins of the unexpectedly long lifetime of charge carriers, as well as the secret of surprisingly good light-conversion efficiencies despite high density of defects, resulting from solution processing of perovskite films.One possible explanation for both phenomena mentioned above is photo-created carriers being trapped by charges of the lattice. Therefore, the importance of electron-phonon interaction in perovskites will be the focus later in the talk. Revisiting our earlier works on low-temperature excitons in magnetic field with recent results, I will show that reduced mass is significantly enhanced by electron-phonon coupling. Since mass is one of most important band parameters, a complete picture of the interaction between charge carriers and the lattice is fundamental to explaining, then subsequently, tailoring the material properties in a fully controllable wayUwagaSeminarium w trybie zdalnympatrz instrukcja :instrukcja: (pdf file)AttentionThe seminar in the remote modesee instruction :instruction: (pdf file)

join us at 10:15

dr hab. Wojciech Pacuski (Wydział Fizyki, Uniwersytet Warszawski)

Epitaksja dichalkogenków na eksfoliowanym hBN

Monowarstwy dichalkogenków metali przejściowych znane są z zadziwiających właściwości optycznych związanych z ostrymi rezonansami ekscytonowymi, które jednak obserwowane były do tej pory jedynie dla warstw otrzymanych w wyniku mechanicznej eksfoliacji, ewentualnie dla warstw wyhodowanych metodą osadzania z fazy gazowej (CVD), a następnie eksfoliowanych i umieszczonych pomiędzy warstwami hBN. Jedną z konsekwencji mechanicznej obróbki jest ograniczony rozmiar i niejednorodność struktur związana z fałdami, bąblami, poszarpanymi krawędziami i naprężeniami.Z drugiej strony epitaksja z wiązek molekularnych dostarczała do tej pory jedynie struktury o znacznie poszerzonych liniach ekscytonowych, niedających nadziei np. na rozdzielenie linii ekscytonu neutralnego i naładowanego, a zatem niepozwalających na wykorzystanie spektakularnych właściwości dichalkogenków metali przejściowych.Okazuje się jednak [1], że oba powyższe problemy można usunąć poprzez wzrost dichalkogenków metali przejściowych przy pomocy epitaksji z wiązek molekularnych na ultra gładkim podłożu hBN.[1] W. Pacuski, M. Grzeszczyk, K. Nogajewski, A. Bogucki, K. Oreszczuk, J. Kucharek, K.E. Połczyńska, B. Seredyński, A. Rodek, R. Bożek, T. Taniguchi, K. Watanabe, S. Kret, J. Sadowski, T. Kazimierczuk, M. Potemski, P. Kossacki, "Narrow excitonic lines and large-scale homogeneity of transition metal dichalcogenide monolayer grown by molecular beam epitaxy on hexagonal boron nitride", Nano Lett. 20, 3058 (2020).https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b04998UwagaSeminarium w trybie zdalnympatrz instrukcja :instrukcja: (pdf file)

join us at 10:00

dr Ramón Schifano (Institute of Physics PAS)

Role of intrinsic and extrinsic defects in H implanted hydrothermally grown ZnO

Hydrogen in ZnO has been widely studied in the quest to achieve p-type material since, on the basis of ab initio calculation, has been addressed as responsible for its unintentional n-type conductivity. Therefore, experimentally observed increases in active donor concentrations following hydrogen introduction have been attributed, almost without questioning, to hydrogen donor activity. That is, alternative sources of n-type doping involving, as an example, extrinsic defects already present in the material have been, a priori neglected or not quantified.A study where the impact of hydrogen implantation in hydrothermally grown ZnO is revealed by combining reaction dynamics calculations with temperature dependent Hall, photoluminescence, and secondary ion mass spectrometry measurements will be presented. It will be shown that Al and Li, two impurities commonly found in hydrothermally grown ZnO, as well as the concentration of Zn vacancies created because of damaging play a major role in determining the n-type conductivity increase following hydrogen implantation. Taking into account these contributions the maximum percentage of the implanted hydrogen acting as a donor in the investigated range is found to be ≲ 2%, which is considerably lower than previously reported.UwagaSeminarium w trybie zdalnympatrz instrukcja :instrukcja: (pdf file)AttentionThe seminar in the remote modesee instruction :instruction: (pdf file)

join us at 10:15

dr Milan Orlita (Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses-CNRS, Grenoble)

Auger scattering and cyclotron emission of Landau-quantized massless electrons

When a magnetic field is applied to a solid, the continuous density of electronic states transforms into a set of discrete energy levels, known as Landau levels. Electrons excited in such a ladder may recombine, with emission of photons. This process can be viewed as an inverse of cyclotron resonance and it is referred to as 'cyclotron emission'. So far, however, despite many efforts, this appealing concept never progressed to the design of a reliable light-emitting device. This is because of the efficient Auger scattering of Landau-quantized electrons, an intrinsic non-radiative recombination channel that eventually gains over cyclotron emission in all materials studied so far. In this talk, I will discuss Auger scattering processes of Landau-quantized electrons, and possible cyclotron emission, in two different systems with conical bands, in graphene [1] and gapless mercury cadmium telluride [2]. [1] M. Mittendorff et al., Nature Physics 11, 75 (2015).[2] D. B. But et al., Nature Photonics 13, 783 (2019).UwagaSeminarium w trybie zdalnympatrz instrukcja :instrukcja: (pdf file)AttentionThe seminar in the remote modesee instruction :instruction: (pdf file)

join us at 10:15

dr hab. Marta Gryglas-Borysiewicz (Wydział Fizyki Uniwersytet Warszawski)

(Ga,Mn)As pod ciśnieniem hydrostatycznym

(Ga,Mn)As to półprzewodnik ferromagnetyczny, badany od ponad 20 lat. Wydawać by się mogło, że wiadomo o nim już wszystko. Tymczasem badając wpływ ciśnienia hydrostatycznego na jedną z podstawowych własności (Ga,Mn)As – temperaturę Curie, stwierdziliśmy, że nie zależy ona w prosty sposób od ciśnienia. Uproszczony obraz, w którym wraz ze zmniejszaniem się rozmiaru komórki elementarnej i odległości między magnetycznymi jonami, temperatura Curie będzie rosła, odpowiadał obserwacjom jedynie dla części próbek, dla innych zaś temperatura Curie malała. W seminarium przedstawię nowe dane doświadczalne, które wsparte rachunkami ab initio pozwalają ustalić prawdopodobną przyczynę istnienia współczynników ciśnieniowych obojga znaków.UwagaSeminarium w trybie zdalnympatrz instrukcja :instrukcja: (pdf file)

join us at 10:15

dr Clement Faugeras (Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses-CNRS, Grenoble)

Bright and dark excitons in transition metal dichalcogenides and their heterostructures

Abstract:Monolayers of semiconducting transition metal dichalcogenides are direct band gap semiconductors for which the direct band gap is located in the two inequivalent K and K' valleys. Because of the lack of inversion symetry and of the large spin orbit interaction, the spin and valley degrees of freedom are strongly coupled and a particular valley exciton population can be initialized using circularly polarized light excitation. Optical properties of TMDs, including their thin layers, are imposed by the conservation of the total angular momentum. They host different type of excitons, bright excitons that couple to light and propagates perpendicularly to the layer plane, and the so called dark excitons, coherent superpositions of excitations in the two valleys, which propagates within the plane of the layers. The first part of the talk will be dedicated to the description of optical properties of bright and dark excitons in monolayers of TMD encapsulated in hexagonal boron nitride. I will show how to image dark excitons and how can we probe their properties experimentally.As two dimensional materials, monolayers can be stacked on top of one another in the form of van der waals heterostructures to create artifical hetero- or homo- bilayers. These artifical structures can host different types of exciton complexes, in particular interlayer excitons for which electrons and holes are in different layers. Recently, it was realized that the twist angle between the two layers can strongly modify the electronic properties of the stack and can also be used to generate a lateral modulation of the potential through a moiré pattern. In a second part, I will describe optical properties of a WSe2/MoSe2 heterobilayer in which the two layers have been aligned with an angle close to 60° (2H stacking) to create a well defined band structure together with a moiré potential. The conservation of the total angular momentum in these heterostructures leads to a very specific and efficient electron-phonon interaction, when the phonons involved are chiral and carry an angular momentum. I will show how these particular structures, combined with the use of high magnetic fields, allow for a rich spectroscopy of interlayer exciton scattering mechanism.UwagaSeminarium w trybie zdalnympatrz instrukcja :instrukcja: (pdf file)AttentionThe seminar in the remote modesee instruction :instruction: (pdf file)

join us at 10:15

dr hab. Jan Suffczyński (Wydział Fizyki, Uniwersytet Warszawski)

Sprzężenie światło-materia w układzie dwóch mikrownęk optycznych

Badania efektów silnego sprzężenia światło-materia w mikrownęce optycznej zawierającej studnię kwantową doprowadziły do obserwacji tak fascynujących zjawisk angażujących polarytony ekscytonowe, jak kondensacja Bosego-Einsteina, oscylacje Josephsona, czy nadciekłość.W moim wykładzie przedstawię wyniki badań uzyskane na układzie dwóch mikrownęk optycznych na bazie (Cd,Zn,Mg)Te, z których każda zawiera studnię kwantową silnie sprzężoną z modem optycznym mikrownęki. Tego typu czteropoziomowy układ polarytonowy zapewnia znacznie wyższy stopień przestrajalności niż układ dwupoziomowy uzyskiwany w przypadku jednej mikrownęki ze studnią kwantową, zwykle badanym dotąd. Dodatkowy stopień kontroli badanego układu jest zapewniony przez domieszkowanie studni kwantowej w jednej z mikrownęk niewielką koncentracją jonów manganu.Do zaobserwowanych nowych efektów, o których będę mówił należą: kontrolowany polem magnetycznym transfer energii między stanami ekscytonowymi na odległość przekraczającą 2 mm uzyskany dzięki sprzężeniu ze zdelokalizowanym przestrzennie modem optycznym, laserowanie i nietypowa dynamika kondensatu polarytonowego oraz zdegenerowane w energii oscylacje parametryczne polarytonów uzyskane przy nierezonansowym pobudzaniu optycznym.UwagaSeminarium w trybie zdalnympatrz instrukcja (Nowa wersja) :instrukcja: (pdf file)

join us at 10:15

mgr inż. Jakub Sitek (Wydział Fizyki Politechnika Warszawska)

"Wpływ orientacji krystalograficznej germanu na właściwości strukturalne oraz geometrię domen grafenu wytworzonego metodą CVD"

Metoda CVD (chemical vapour deposition) pozwala na otrzymywanie grafenu w powtarzalny, skalowalny oraz wolny od zanieczyszczeń sposób. Obecnie najczęściej jako podłoże do tej metody stosuje się miedź z uwagi na jej niską cenę oraz dostępność, jednakże podłoże metaliczne nie pozwala na wykorzystanie tak wytworzonego grafenu w zastosowaniach elektronicznych. Z tego powodu, pożądane jest podłoże kompatybilne z CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor), jakim jest na przykład german [1]. W trakcie seminarium przedstawię najnowsze osiągnięcia dotyczące wzrostu grafenu na germanie, a także wyjaśnię, jak orientacja krystalograficzna podłoża wpływa na własności strukturalne oraz geometrię domen grafenu [2].[1] I. Pasternak, P. Dabrowski, P. Ciepielewski, V. Kolkovsky, Z. Klusek, J.M. Baranowski, W. Strupinski, Large-area high-quality graphene on Ge(001)/Si(001) substrates, Nanoscale. 8 (2016) 11241–11247. doi:10.1039/C6NR01329E.[2] J. Sitek, I. Pasternak, J. Grzonka, J. Sobieski, J. Judek, P. Dabrowski, M. Zdrojek, W. Strupinski, Impact of germanium substrate orientation on morphological and structural properties of graphene grown by CVD method, Appl. Surf. Sci. 499 (2020) 143913. doi:10.1016/j.apsusc.2019.143913.UwagaSeminarium w trybie zdalnympatrz instrukcja :instrukcja: (pdf file)

join us at 10:15

prof. dr hab. Krzysztof Sacha (Instytut Fizyki Teoretycznej, Uniwersytet Jagielloński)

Kryształy czasowe

Samoorganizacja atomów w przestrzeni odpowiedzialna jest za powstawanie kryształów przestrzennych. W 2012 roku Frank Wilczek zadał pytanie czy podobne struktury mogą powstawać spontanicznie również w czasie i dziedzina kryształów czasowych została zapoczątkowana. W trakcie wykładu zostaną omówione tzw. dyskretne kryształy czasowe. Przedstawiona zostanie również druga gałąź badań kryształów czasowych: fizyka materii skondensowanej w wymiarze czasowym. Okazuje się, że zjawiska znane z badań kryształów przestrzennych (np. lokalizacja Andersona i wielodziałowa lokalizacja, izolatory topologiczne) mogą być również obserwowane w czasie. Uwaga Seminarium w trybie zdalnym Ok 15 min przed seminarium tu pojawią się dane do połączenia z wykorzystaniem programu Zoom patrz : instrukcja: (pdf file) Meeting ID: 798 283 6817 Password: 007917 Join Zoom Meeting link

room 0.06, Pasteura 5 at 10:15

dr hab. Wojciech Pacuski (Wydział Fizyki Uniwersytet Warszawski)

Epitaksja dichalkogenków na eksfoliowanym hBN

Monowarstwy dichalkogenków metali przejściowych znane są z zadziwiających właściwości optycznych związanych z ostrymi rezonansami ekscytonowymi, które jednak obserwowane były do tej pory jedynie dla warstw otrzymanych w wyniku mechanicznej eksfoliacji, ewentualnie dla warstw wyhodowanych metodą osadzania z fazy gazowej (CVD), a następnie eksfoliowanych i umieszczonych pomiędzy warstwami hBN. Jedną z konsekwencji mechanicznej obróbki jest ograniczony rozmiar i niejednorodność struktur związana z fałdami, bąblami, poszarpanymi krawędziami i naprężeniami.

Z drugiej strony epitaksja z wiązek molekularnych dostarczała do tej pory jedynie struktury o znacznie poszerzonych liniach ekscytonowych, niedających nadziei np. na rozdzielenie linii ekscytonu neutralnego i naładowanego, a zatem niepozwalających na wykorzystanie spektakularnych właściwości dichalkogenków metali przejściowych.

Okazuje się jednak [1], że oba powyższe problemy można usunąć poprzez wzrost dichalkogenków metali przejściowych przy pomocy epitaksji z wiązek molekularnych na ultra gładkim podłożu hBN.

[1] W. Pacuski, M. Grzeszczyk, K. Nogajewski, A. Bogucki, K. Oreszczuk, J. Kucharek, K.E. Połczyńska, B. Seredyński, A. Rodek, R. Bożek, T. Taniguchi, K. Watanabe, S. Kret, J. Sadowski, T. Kazimierczuk, M. Potemski, P. Kossacki, „Narrow Excitonic Lines and Large-Scale Homogeneity of Transition-Metal Dichalcogenide Monolayers Grown by Molecular Beam Epitaxy on Hexagonal Boron Nitride", Nano Lett. XXXX, XXX (2020), dostępne online od 03.03.2020, https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b04998

room 0.06, Pasteura 5 at 10:15

prof. dr hab. Witold Bardyszewski (Wydział Fizyki Uniwersytet Warszawski)

Wnęki optyczne o strojonej dwójłomności - niezwykle ciekawy układ

Optical cavities with tunable birefringence - a surprisingly interesting system

Ostatnie wyniki doświadczalne z użyciem wnęk rezonansowych o strojonejdwójłomności otwierają nowe możliwości konstruowania układów optycznychopisywanych przez efektywne hamiltoniany zawierające sztuczne pola cechowania.Precyzyjne dostrojenie modów poprzecznych elektrycznych (TE) i poprzecznychmagnetycznych (TM) poprzez modyfikację dwójłomności zewnętrznym polemelektrycznym pozwala na optyczną symulację analogicznych układów elektronowychz uwzględnieniem sprzężenia spin-orbita i zewnętrznego pola magnetycznego.W zależności od parametrów wnęki możliwe jest osiągniecie różnych typówefektywnego sprzężenia spin-orbita przejawiających się w interesującychzjawiskach optycznych analogicznych do zjawisk znanych z fizyki półprzewodnikówtakich jak. spinowy efekt Halla czy trwała helisa spinowa. W prezentacjiprzedstawione zostanie prosty model modów ciekło-krystalicznej wnęki optycznej oraz związane z nimi zjawiska optyczne.

Recent experiments using photonic crystal cavities filled with liquid crystalopened a new wayfor engineering optical systems described by effective Hamiltonians withartificial gauge fields. External bias controlled birefringence of such cavities allows for a precisetuning of the transverse electrical (TE) and transverse magnetic (TM) modesproviding a way to mimic the behavior of analogous electronic systems withspin-orbit coupling in the external magnetic field. Depending on the parametersof the cavity it is possible to achieve different types of the effectivespin-orbit coupling manifested by interesting optical phenomena which have theiranalogs in semiconductor physics such as Spin Hall Effect or Persistent SpinHelix. In this talk a very simple model of liquid crystal cavity modes andrelated optical phenomena will be presented.

room 0.06, Pasteura 5 at 10:15

dr hab. Jacek Szczytko (Wydział Fizyki Uniwersytet Warszawski)

Syntetyczne hamiltoniany dla fotonów: pole magnetyczne i spin-orbita w przestrajalnych wnękach optycznych

Synthetic Hamiltonians and spin-orbit engineering in tunable birefringent microcavities

Spin-orbit optical interactions in photonic systems exploit the analogy between the quantum mechanical description of electronic spin-orbit system and synthetic Hamiltonians derived for propagation of electromagnetic waves in dedicated spatial structures. Topological photonics carries a key promise for the development of integrated optical circuits – otherwise photons being uncharged cannot have their flow oriented by an electric field. We have invented a method to control electrically spin-orbit coupling (SOC) of light using specially designed photonic structures - birefringent microcavities.
In solid-state systems with broken inversion symmetry, SOC leads to the so-called Dresselhaus and Bychkov-Rashba SOC Hamiltonians, which are of particular interest in the context of spintronics, topological insulators, and superconductors. However, SOC in solid-state matter cannot be easily controlled and modified. The SOC effects of light stem directly from the solutions of Maxwell equations in structures designed at the spatial scales of the order of the wavelength, such as metamaterials or waveguides, as well as at interfaces. It led to the observation of an optical analogue of the spin Hall effect and the realization of artificial gauge fields.
Clever engineering of diverse gauge fields could provide control over physical parameters of quantum system. Using a liquid crystal–filled photonic cavity, our team managed to emulate an optical spin Hall effect for parameters range far beyond those previously considered experimentally and theoretically [1]. Recently we discovered Rashba-Dresselhaus spin-orbit coupling in a photonic system and showed control of an artificial Zeeman splitting [2]. Our results illustrate an effective approach of engineering artificial gauge fields and synthetic Hamiltonians with photons for the simulation of nontrivial condensed matter and quantum phenomena.

[1] K. Lekenta, et al., Tunable optical spin Hall effect in a liquid crystal microcavity. Light Sci. Appl. 7, 74 (2018).
[2] K. Rechcińska, et al. Photonic Engineering of Spin-Orbit Synthetic Hamiltonians in Liquid Crystal, Science 366, Issue 6466, pp. 727-730 (2019)
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-11/fopu-mpi111219.php

room 0.06, Pasteura 5 at 10:15

dr Timo Hyart (Mag-TOP Instytut Fizyki Polskiej Akademii Nauk, Warszawa)

Correlated states in flat-band systems

The quenched kinetic energy in the flat-band systems increases the importance of interactions and leads to superconductivity and other correlated states. I will discuss examples of symmetry-broken states in flat-band systems starting from the best understood quantum Hall ferromagnets and exciton condensates [1] and continuing with more complicated quantum Hall systems [2] and moiré superlattices [3] which are characterized by competition between different order parameters [4]. I will emphasize that in contrast to the systems where the Fermi energy is the largest energy scale, the properties of the flat-band systems are determined by the whole band, including effects originating from the quantum metric of the Bloch wavefunctions [3,5]. Finally, I will discuss the topological properties of the flat bands appearing at the surface atomic steps in the SnTe material class [6].
References
[1] T. Hyart, B. Rosenow, Phys. Rev. B 83, 155315 (2011); D. I. Pikulin, P. G. Silvestrov, T. Hyart, Nature Communications 7, 10462 (2016).
[2] Y. Li et al., arXiv:1905.06866.
[3] T. T. Heikkilä, T. Hyart, Europhys. News 50, 24 (2019).
[4] R. Ojajärvi et al., Phys. Rev. B 98, 054515 (2018).
[5] X. Hu, T. Hyart, D. I. Pikulin, E. Rossi, Phys. Rev. Lett. 123, 237002 (2019).
[6] W. Brzezicki, M. Wysokinski, T. Hyart, Phys. Rev. B 100, 121107(R) (2019).

room 0.06, Pasteura 5 at 10:15

prof. Jacqueline Bloch (Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies - C2N, Palaiseau, France)

Quantum fluids of light in semiconductor lattices

Abstract(pdf file)

room 0.06, Pasteura 5 at 10:15

dr Agnieszka B. Kuc (Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Forschungsstelle Leipzig, Institute for Resource Ecology, Department Reactive Transport, Leipzig, Germany)

Interlayer Exciton Diffusion in Twist-Angle-Dependent Moiré Potentials of WS2-WSe2 Heterobilayers

Abstract: (pdf file)

room 0.06, Pasteura 5 at 10:15

dr Krzysztof Dybko (Instytut Fizyki Polskiej Akademii Nauk, Centrum Sprzężenia Magnetyzmu i Nadprzewodnictwa z Materią Topologiczną , Instytut Fizyki PAN)

Zastosowanie spektroskopii konduktancji do topologicznych izolatorów krystalicznych

Pomiary różniczkowej konduktancji (dI/dV) metalicznego kontaktu punktowego do nadprzewodnika mierzone w funkcji napięcia polaryzacji dostarczają informacji o gęstości stanów. Można w ten sposób uzyskać informacje o przerwie nadprzewodzącej czy też symetrii parowania. Niespodziewanie, metoda ta zastosowana do powierzchni topologicznych izolatorów krystalicznych grup IV-VI [1] wykazała wyraźny pik w okolicy zerowej energii oraz zachowanie krytyczne w funkcji temperatury i pola magnetycznego [2]. Wykluczywszy w czułych pomiarach magnetometrycznych istnienie powierzchniowej i objętościowej fazy nadprzewodzącej, skierowaliśmy uwagę na monoatomowe stopnie znajdujące się na powierzchniach topologicznie chronionych [3]. Wyniki interpretujemy zgodnie z pracą [4], gdzie wykazano, że stany elektronowe ścianek domen magnetycznych formujących się w poprzek atomowego stopnia mogą w pełni tłumaczyć nasze obserwacje doświadczalne.

[1] P. Dziawa, B. J. Kowalski, K. Dybko, R. Buczko, A. Szczerbakow, M. Szot, E. Lusakowska, T. Balasubramanian, B.M. Wojek, M.H. Berntsen, O. Tjernberg, and T. Story, Topological crystalline insulator states in PbSnSe, Nat. Mater. 11, 1023 (2012).
[2] G. P. Mazur, K. Dybko, A. Szczerbakow, J.Z. Domagala, A. Kazakov, M. Zgirski, E. Lusakowska, S. Kret, J. Korczak, T. Story, M. Sawicki, and T. Dietl, Experimental search for the origin of zero-energy modes in topological materials, Phys. Rev. B 100, 041408(R) (2019).
[3] P. Sessi, D. Di Sante, A. Szczerbakow, F. Glott, S. Wilfert, H. Schmidt, T. Bathon, P. Dziawa, M. Greiter, T. Neupert, G. Sangiovanni, T. Story, R. Thomale, and M. Bode, Robust spinpolarized midgap states at step edges of topological crystalline insulators, Science 354, 1269 (2016).
[4] W. Brzezicki, M. Wysokiński and T. Hyart, Topological properties of multilayers and surface steps in the SnTe material class , Phys. Rev. B 100, 121107(R) (2019).

room 0.06, Pasteura 5 at 10:15

dr hab. Wojciech Brzezicki (Mag-TOP, Instytut Fizyki Polskiej Akademii Nauk, Warszawa)

Topological properties of multilayers and surface steps in the SnTe material class

We investigate the properties of the low-energy states appearing at atomicsteps in Sn(Pb)Te(Se) [1]. We identify the important approximatesymmetries and use them to construct the topological invariants. Wecalculate the dependence of mirror- and spin-resolved Chern numbers on thenumber of layers and show that the step states appear when theseinvariants are different on the two sides of the step. We show thatmagnetic domain walls crossing steps support low-energy bound statesbecause the regions with opposite magnetization are topologically distinctin the presence of non-symmorphic chiral and mirror symmetries, providinga possible explanation for the zero-bias conductance peak observed in therecent experiment [2].
[1] W. Brzezicki, M. Wysokinski, and T. Hyart, Phys. Rev. B 100, 121107(R)(2019)
[2] G.P. Mazur, K. Dybko, A. Szczerbakow, M. Zgirski, E. Lusakowska, S.Kret, J. Korczak, T. Story, M. Sawicki, and T. Dietl, Phys. Rev. B 100,041408(R) (2019).

room 0.06, Pasteura 5 at 10:15

prof. dr hab. Krzysztof Pachucki (Wydział Fizyki, Uniwersytet Warszawski)

Fundamental constants and the new SI base units

The CODATA TGFC committee is periodically evaluating fundamental physical constants.
They are used is in the interpretation of all the physical measurements, but also in tests of fundamental interaction theories. For these reasons, it would be convenient that frequently employed physical units like meter and kilogram do not depend on time. The last change of SI redefines the kilogram, which is established now by setting the value of the Planck constant.
As a result, for the first time the physical units are not based on artificial artifacts and thus do not depend (hopefully) on time. I will try to present how the physical constants are determined, and how they have been used in the new SI base units.

room 0.06, Pasteura 5 at 10:15

mgr inż. Krzysztof Ptaszyński (Instytut Fizyki Molekularnej Polskiej Akademii Nauk)

Termodynamika nierównowagowa układów nanoelektronicznych

W ostatnich latach dużym zainteresowaniem badawczym cieszy się termodynamika małych układów w stanach dalekich od równowagitermodynamicznej, takich jak nanoskopowe generatory termoelektryczne. W moim referacie pokażę, jak analiza procesów transportu w układachnanoelektronicznych może dostarczać odpowiedzi na fundamentalne pytania z zakresu termodynamiki nierównowagowej. W pierwszej części referatu zademonstruję, że efekty kwantowe (np. koherentny transport elektronów) mogą zostać wykorzystane do zmniejszenia fluktuacji mocy w nanosilnikach cieplnych (np. generatorach termoelektrycznych) do wartości nieosiągalnej w układach klasycznych. W drugiej części skupię się na wykorzystaniu teorii informacji do wyjaśnienia mikroskopowej natury produkcji entropii –wielkości charakteryzującej nieodwracalność procesów termodynamicznych.
Pokażę, że w małych układach sprzężonych z makroskopowym otoczeniem (np.kropkach kwantowych sprzężonych z elektrodami) produkcję entropii możnapowiązać z tworzeniem korelacji pomiędzy stopniami swobody otoczenia (np.obsadzeniami poziomów energetycznych elektrod).

room 0.06, Pasteura 5 at 10:15

prof. dr hab. Elżbieta Guziewicz (Instytut Fizyki PAN)

Cienkie warstwy tlenku cynku otrzymywane metodą ALD – modyfikacja przewodnictwa poprzez warunki wzrostu i domieszkowanie

Ze względu na przezroczystość, wysoką energię wiązania ekscytonu oraz łatwość tworzenia nanostruktur tlenek cynku jest intensywnie badany w kierunku takich zastosowań jak przezroczysty tlenek przewodzący, element pamięci trójwymiarowych, czy partner do złącz organicznych. Przyczyny wysokiego przewodnictwa elektrycznego tego materiału półprzewodnikowego nie są jednak do końca zrozumiałe, a uzyskanie przewodnictwa dziurowego wciąż stanowi wyzwanie.Na seminarium przedstawię właściwości warstw tlenku cynku otrzymywanego metodą osadzania warstw atomowych skupiając się głównie na możliwości zmiany koncentracji elektronów w bardzo szerokim zakresie, od 1016 do 1020 cm^-3, bez intencjonalnego domieszkowania. Pokażę wyniki badań optycznych, chemicznych i strukturalnych, które wskazują na przyczynę obserwowanych różnic przewodnictwa elektrycznego. Omówię zagadkową rolę wodoru, który, jak pokazują ostatnie wyniki, zarówno nasze jak i innych grup, wydaje się nie zawsze pełnić rolę donora w ZnO. Zaprezentuję także wyniki domieszkowania akceptorowego warstw ZnO-ALD, które makroskopowo wykazują trwałe przewodnictwo typu p, ale w których badania optyczne ujawniają bardzo złożony rozkład aktywnych optycznie stanów donorowych i akceptorowych.

room 0.06, Pasteura 5 at 10:15

dr inż. Szymon Zelewski (Katedra Fizyki Doświadczalnej, Wydział Podstawowych Problemów Techniki, Politechnika Wrocławska)

Badania fotoakustyczne nowych materiałów i struktur półprzewodnikowych

Spektroskopia fotoakustyczna, należąca do szerszej grupy metod fototermicznych, opiera się na zjawisku generowania fal akustycznych w otoczeniu materiału wzbudzonego zmodulowaną wiązką światła. Przedstawiony zostanie mechanizm generacji sygnału w kontekście przejść niepromienistych w ciele stałym, a także przegląd sposobów jego detekcji. Szczególne cechy spektroskopii fotoakustycznej są użyteczne w pomiarach widm o charakterze absorpcyjnym nowoczesnych materiałów i struktur półprzewodnikowych. Zostaną zaprezentowane oryginalne wyniki eksperymentów przeprowadzonych na strukturach silnie rozpraszających światło takich jak nanodruty, kryształach objętościowych, czy półprzewodnikach warstwowych (kryształach van der Waalsa). Zależność amplitudy i fazy sygnału fotoakustycznego od właściwości cieplnych materiału została również wykorzystana do wyznaczenia dyfuzyjności cieplnej półprzewodników warstwowych, jak i przejść fazowych w perowskitach organiczno-nieorganicznych do zastosowań w fotowoltaice.

room 0.06, Pasteura 5 at 10:15

prof. dr hab. Tomasz Cichorek (Instytut Niskich Temperatur i Badań Strukturalnych im. Włodzimierza Trzebiatowskiego PAN, Wrocław)

Extreme magnetoresistance and thermodynamic evidence for field-dependent charge-carrier density in LuAs

The spectacular achievement of the modern first-principles band theory is the prediction of topologically protected states of matter that host massless quasiparticles. Whereas an emergence of Dirac fermions in a topological insulator is solely expected on the surface, Weyl fermions are allowed to propagate through the bulk of a topological semimetal. However, in the known Weyl semimetals, conventional charge carriers exist in addition to the exotic quasiparticles, and thus a disclosure of their conduction properties remains challenging. Here, we address the mechanism giving rise to a marked deviation from the semiclassical B 2 behavior of an unsaturated extreme magnetoresistance (XMR) and commonly credited to the presence of topologically protected electronic states. For the topologically trivial semimetal LuAs, we observe a non-saturating XMR with an anomalous magnetic-field dependence B1.65 gained over more than two decades in magnetic fields up to nearly 60 T. Remarkably, the longitudinal and transverse magnetostrictions measured up to 16 T and down to 50 mK provide evidence for field-induced changes in the charge-carrier densities due to inter-band electron-transfer processes. Since these processes imply a shift of the Fermi level, one can suppose that field-induced strain-dependence of conventional charge carriers would result in even more interesting observations in topological semimetals.

In collaboration with J. Juraszek, Ł. Bochenek, A. Rudenko, M. M. Hosen, M. Daszkiewicz, Z. Wang, J. Wosnitza, Z. Henkie, M. Samsel-Czekała, and M. Neupane (Phys. Rev. Research – accepted). This work was supported by the Polish National Science Centre (Project No. 2016/21/B/ST3/02361).

room 0.06, Pasteura 5 at 10:15

dr Johannes Binder (Wydział Fizyki Uniwersytet Warszawski)

Elektroluminescencja w heterostrukturach van der Waalsa: międzywarstwowe ekscytony i procesy Auger

Intensywne badania nad grafenem, które rozpoczęto przeszło dekadę temu, dały początek nowej, bardzo szybko rozwijającej się dziedzinie fizyki materii skondensowanej, która zajmuje się kryształami dwuwymiarowymi. Niedawno przedstawiona koncepcja tak zwanych heterostruktur van der Waalsa (vdW), w przypadku których nakłada się wiele kryształów dwuwymiarowych na siebie, tworząc pewien rodzaj sztucznego kryształu, otwiera ponadto jeszcze większe możliwości dotyczące zarówno zastosowań jak i badań podstawowych.
Podczas seminarium przedstawione zostaną badania dotyczące elektrycznie wzbudzanej emisji światła w specjalnie zaprojektowanej heterostrukturze van der Waalsa. Aktywna część struktury, składająca się z dwóch warstw półprzewodnikowych (MoS2, WSe2) oddzielonych warstwami heksagonalnego azotku boru (h-BN), wytworzona została przez grupę prof. Konstantina Novoselova w Manchesterze. Zaobserwowano intrygujące zachowanie heterostruktury vdW - emisję światła dla dużo niższych napięć niż odpowiadająca im energia emitowanych fotonów. Oznacza to, że w układzie zachodzi zjawisko konwersji energii emisji w górę (ang. up-conversion) [1]. Emisja fotonów o energii wyższej niż spodziewana została przypisana ekcytonowemu efektowi Augera, dla którego jeden z międzywarstwowych ekscytonów rekombinuje niepromieniście, przekazując energię i pęd innym ekscytonom.
[1] Upconverted electroluminescence via Auger scattering of interlayer excitons in van der Waals heterostructures, J. Binder, J. Howarth, F. Withers, M.R. Molas, T. Taniguchi, K. Watanabe, C. Faugeras, A. Wysmolek, M. Danovich, V.I. Fal’ko, A.K. Geim, K.S. Novoselov, M. Potemski, A. Kozikov Nature Communications (2019) 10:2335

room 0.06, Pasteura 5 at 10:15

dr Henryk Turski (Instytut Wysokich Ciśnień PAN)

Polarność azotowa GaN – podejście materiałowe i „geometryczne”

Azotki grupy trzeciej charakteryzują się relatywnie wysokim polem wbudowanym. Polaryzacja ta powinna być wzięta pod uwagę w projektowaniu struktur, najlepiej przez umiejętny dobór odpowiedniej polarności do danego urządzenia. Niestety inne własności powierzchni, takie jak np.: odporność chemiczna czy tendencja do wbudowywania zanieczyszczeń, również zmieniają się istotnie wraz z zastosowanym kierunkiem krystalograficznym podłoża. Postaram się pokazać państwu ciekawe efekty obserwowane dla struktur otrzymywanych na polarności azotowej GaN jak i wskazać efektywny sposób otrzymywania urządzeń azotkowych imitujących polarność azotową przy zastosowaniu najpopularniejszych, standardowych podłoży o polarności galowej.

room 0.06, Pasteura 5 at 10:15

prof. dr hab. Jerzy Wróbel (Instytut Fizyki Polskiej Akademii Nauk)

Przecinanie się prądów krawędziowych w magnetycznym 2-wymiarowym gazie elektronowym

Sformułowana wkrótce po odkryciu Kwantowego Efektu Halla idea chiralnych prądów krawędziowych pozwoliła na przeniesienie idei znanych z optyki kwantowej na transport balistyczny ładunkowych wzbudzeń elementarnych, zachodzący w silnych polach magnetyczny wzdłuż brzegów struktur niskowymiarowych. Na przykład kontakt punktowy o odpowiedniej geometrii może być zastosowany jako efektywny rozdzielacz "wiązki" elektronowej (tzw. beamsplitter). W trakcie seminarium przedstawię jak zrealizować krzyżowanie się balistycznych "wiązek" elektronowych, których role pełnią prądy krawędziowe opisane różnymi orbitalnymi liczbami kwantowymi. W tym celu zostaną wykorzystane własności magnetycznego gazu 2-wymiarowego, wytworzonego w studniach kwantowych CdMgTe/CdMnTe.