Obszar badawczy
Dynamika spinowa w nanomateriałach węglowych, komunikacja i kryptologia kwantowa oraz innowacyjne ferroiki w elektronice ciała stałego.
Cele badawcze
Zakład Fizyki Niskich Temperatur, Materiałów i Technologii Kwantowych prowadzi fundamentalne badania naukowe, zarówno teoretyczne jak i eksperymentalne, które dotyczą zjawisk, właściwości nanoukładów fizycznych oraz nowych materiałów, wykazujących unikalne cechy związane z efektami kwantowymi, występującymi często w obszarze niskich temperatur. Ważną aktywnością zakładu są także prace badawczo-rozwojowe w obszarze energetyki oraz ochrony przed stałymi oraz zmiennymi polami elektromagnetycznymi.
Profil badawczy
Przedmiotem badań teoretycznych są układy kropek kwantowych, kwantowo-atomowe złącza punktowe, elektronowe układy jedno- oraz dwuwymiarowe, układy hybrydowe na bazie heterostruktur półprzewodnikowych, pojedynczych molekuł, ferromagnetyków, nadprzewodników, a także układy silnie skorelowane, układy z efektem Kondo, współtunelowaniem, transportem elektrycznym zależnym od spinu, elektronowy rezonans spinowy pojedynczych atomów i kropek kwantowych. Zakład zajmuje się również kryptografią kwantową oraz prostymi protokołami kwantowymi w ramach informatyki kwantowej. Badania te prowadzone są przy wykorzystaniu zaawansowanych metod obliczeniowych, takich jak perturbacyjne techniki skalowania, metody numerycznej grupy renormalizacji (NRG) i nierównowagowych funkcji Greena, techniki diagramowe oraz modelowanie. Projektowane są również nanourządzenia elektroniczne o nowych funkcjonalnościach.
Prace eksperymentalne dotyczą metod otrzymywania różnorodnych materiałów węglowych, nadprzewodników, ferroików, multiferroików czy nanokompozytów będących przewodnikami jonowymi oraz ich właściwości fizycznych i zastosowań w obszarach spintroniki i elektroniki molekularnej.
Badania nowoczesnych materiałów węglowych takich jak grafen, tlenek grafenu GO, redukowany tlenek grafenu RGO, nanodiamenty czy nanowłókna węglowe służą poznaniu podstawowych cech tych materiałów, głównie mechanizmów przewodnictwa elektrycznego, magnetyzmu oraz występujących w nich wzbudzeń i trypletowych stanów spinowych. Wyniki badań pozwalają przewidywać oraz proponować zastosowania tych materiałów w obszarach komputerów kwantowych, spintroniki i elektroniki molekularnej przyszłości oraz możliwość ich wykorzystania w nowoczesnej energetyce (konwersja energii, superkondensatory i separacja izotopu 3He.
W przypadku rodziny materiałów ferroicznych, w tym M-heksaferrytów wykazujących ciekawe zachowania magnetyczne, których przykładem jest związek Sr(Ba)Fe12O19 oraz multiferroików o równoczesnych uporządkowaniach ładunkowych i magnetycznych, takich jak żelazian bizmutu BiFeO3, prowadzone prace mają na celu określenie optymalnych warunków ich syntezy przy użyciu metody hydrotermalnej lub mechanosyntezy, a następnie zbadanie wpływu domieszek oraz rozmiaru na ich właściwości magnetoelektryczne. Wykonywane są również badania mające na celu poznanie uporządkowań magnetycznych oraz transportu elektrycznego w nanokompozytach zawierających nanocząsteczki np. magnetytu Fe3O4 w otoczce krzemionkowej lub w matrycach kwasów organicznych.
Prowadzone prace dotyczą również poszukowań stanów polarnych w kwantowych paraelektrykach, właściwości relaksorowych w kryształach K1-xLixTaO3, w których przejście ferroelektryczne (FE) w niskich temperaturach ma charakter perkolacyjny oraz badań niskotemperaturowej fazy polarnej w monokryształach i ceramice PbZrO3, gdzie stwierdzono obecność polarnych (ferrielektrycznych) granic antyfazowych wewnątrz fazy antyferroelektrycznej.
Celem badań przewodników szybkich jonów jest poznanie mechanizmów przewodnictwa elektrycznego, przemian strukturalnych oraz uporządkowań ferroelektrycznych związków organicznych, takich jak np. nowe ferroelektryki [C(NH2)3]4X2SO4 (X=Cl, Br), czy kryształy [C(NH2)3]4Cl2SO4 i (NH4)4H2(SeO4)2. Badane jest także przewodnictwo jonowe nowych materiałów nanokompozytowych, których matrycę stanowi mikro lub nanoceluloza natomiast komponentem aktywnym są związki organiczne.
Prace badawczo-rozwojowe
Działalność badawczo-rozwojowa Zakładu dotyczmy prac związanych z energetyką, między innymi opracowania nowych metod defektoskopii kabli wysokoenergetycznych, zmian starzeniowych w materiałach ceramicznych w urządzeniach ochrony sieci przesyłowych przed przepięciami (warystory), materiałów dla technologii jądrowych i energetyki przyszłości, czyli pozyskiwania izotopu helu 3He stosowanego do detekcji promieniowania oraz syntezy termojądrowej, czy też opracowania metod ochrony przed silnymi polami elektrycznymi oraz promieniowaniem elektromagnetycznym.