Ćwiczenia III pracowni 2016/17

lista ćwiczeń w formacie pdf

 

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 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 dr Igor Własny, dr hab. Andrzej Wysmołek, prof. UW

 

Pomiary magnetoluminescencji mikrownęk półprzewodnikowych.

 

Fizyka  mikrownęk   półprzewodnikowych   jest   szczególnie   interesująca   z   powodu odkrycia   kondensatu  Bosego  - Einsteina i stanu nadciekłego polarytonów. Polaryton jest  kwazicząstką  powstającą  w  półprzewodniku  w  wyniku  silnego  sprzężenia  modu fotonowego  mikrownęki  i  ekscytonu  umieszczonego  w  studni  kwantowej.  Celem ćwiczenia  jest  zbadanie  widma  emisji  polarytonów  w  przestrzeni  rzeczywistej  i  w przestrzeni  pędów. Pomiary będą przeprowadzone  w  niskich temperaturach  i  w  polu magnetycznym. Pomiary będą zmierzały w  kierunku otrzymania kondensatu  Bosego - Einsteina i obserwacji efektów nieliniowych.

 

Opiekun dr Barbara Piętka

 

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 Aneta Drabińska

 

Wzbudzenia  plazmy  elektronowej  w  studniach  kwantowych  CdTe/CdMgTe

 

Celem  ćwiczenia  jest  wykonanie  pomiarów   i  analiza  wyników   fotonapięcia  i/lub fotoprądu  pojawiającego  się  w   próbkach  wykonanych  na  studniach  kwantowych CdTe/CdMgTe  pod  wpływem  promieniowania  dalekiej  podczerwieni  (częstości THz). Pomiary  prowadzone  są  w  temperaturze  ciekłego helu  i  silnym  polu  magnetycznym (do 16 T). Źródłem  promieniowania THz  jest  laser  molekularny  pompowany laserem CO2.   Badane   próbki   będą   także   scharakteryzowane   za   pomocą   pomiarów magnetooporu  i  analizy  oscylacji  Shubnikova-deHaasa.  Podstawowym  wzbudzeniem plazmy w częstościach THz, które będzie analizowane jest rezonans cyklotronowy.

 

Opiekun dr hab. Jerzy Łusakowski

 

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 dr hab. Andrzej Wysmołek, prof. UW

Epitaksja i badanie właściwości optycznych struktur niskowymiarowych zbudowanych z półprzewodników II-VI.

 

Ćwiczenie  jest  związane  z  laboratorium  MBE  (Molecular  Beam Epitaxy  –  epitkasja  z wiązek  molekularnych).  Celem  ćwiczenia  jest  wytworzenie  i  zbadanie  właściwości optycznych   próbek   półprzewodnikowych.  Przedmiotem   badań   będą   studnie kwantowe, kropki kwantowe lub mikrownęki optyczne zbudowane z półprzewodników z  grupy  II-VI  (np. ZnTe,  ZnSe,  CdTe,  CdSe). Student  weźmie udział  w  pracach  przy MBE,   we   wstępnych   pomiarach   odbicia  i   transmisji   nowych   struktur,   oraz   w niskotemperaturowych  pomiarach  fotoluminescencji  struktur  kwantowych. Wnioski będą  przydatne  przy  planowaniu  nowych  procesów  wzrostu. Wybrane,  najciekawsze próbki   zostaną   użyte   do   dalszych   badań   w   laboratorium   ultraszybkiej magnetospektroskopii.Laboratorium MBE mieści się w bud. IFD przy ul. Pasteura 7.

 

Opiekun dr Wojciech Pacuski

 

 

Fotoluminescencja nanokrystalicznych warstw ZnO domieszkowanych jonami metali przejściowych.

 

Przedmiotem  badań  prowadzonych w  ramach ćwiczenia są nanokrystaliczne warstwy ZnO  domieszkowane  jonami  takimi  jak:  żelazo,  nikiel,  wanad,  mangan,  kobalt. W wyniku   specjalnie   dobranych   warunków   wzrostu   część   wprowadzonych   jonów magnetycznych  podstawia  pozycje  kationowe  materiału  podstawowego.  Z  punktu widzenia ewentualnych zastosowań  spintronicznych istotne jest  stwierdzenie czy jony sprzęgają  się  poprzez  oddziaływanie  wymienne  z  nośnikami  pasmowymi,  a  także określenie stanu ładunkowego jonów. Aby uzyskać odpowiedź na te pytania wykonane zostaną pomiary zintegrowanej i rozdzielonej czasowo fotoluminescencji, także w polumagnetycznym. Badane próbki pochodzą z Narodowego Laboratorium w Gizie.

 

Opiekun dr Jan Suffczyński

 

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 dr hab Piotr Kossacki

 

Rentgenowskie badania dyfrakcyjne wielowarstw grafenowych na podłożu SiC - stała sieci struktury grafenowej

 

Wykonanie  na dyfraktometrze rentgenowskim pomiaru dyfrakcyjnego wielowarstwy grafenowej na podłozu SiC.

Orientacja podłoża metodą Lauego.

Oszacowanie stałej sieci wielowarstwy grafenowej w kierunku osi heksagonalnej "c" na podstawie prawa Bragga

Literatura :

1. Podstawy dyfracji promieni rentgenowskich - B.D.Cullity

2. X-ray diffraction procedures - H.P.Klug, L.E.Alexander


 

Opiekun dr hab Grzegorz Kowalski, Pracownia Rentgenowska ZFCS

 

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

 

Spektroskopia impedancyjna struktur półprzewodnikowych.

Znaczna część współczesnych elektronicznych przyrządów półprzewodnikowych bazuje na heterostrukturach, złożonych z warstw różnych materiałów półprzewodnikowych. Jeśli na górze takiej kanapki zrobione zostaną kontakty elektryczne, a górna warstwa nie przewodzi prądu elektrycznego, lub kontakty są wysokooporowe, to prąd elektryczny pomiędzy takimi kontaktami nie popłynie, pomimo tego, że we wnętrzu może znajdować się materiał wysokoprzewodzący. Pomiary elektryczne wykonane dla prądu przemiennego umożliwiają dotarcie do takich przewodzących warstw i wyznaczenie ich własności elektrycznych. Głównym celem pracy będzie zbadanie własności galwanomagnetycznych warstw azotków galu i indu (oporność i efekt Halla) w zakresie częstości do około 200 kHz.

Opiekun prof. Michał Baj

 

Wzrost metodą MBE i charakteryzacja heterostruktur GaAlSb/InAs oraz supersieci GaSb/InAs

 

Półprzewodniki GaSb, AlSb i InAs tworzą tzw. grupę związków o stałej sieci 6.1 Angstrema, która oferuje możliwości tworzenia heterostruktur o interesujących własnościach energetycznych, m.in. ze względu na ustawienie pasm energetycznych typu broken-gap. Supersieci o krótkim periodzie budowane z tych związków posiadają minipasma elektronowe i dziurowe o absorpcji międzypasmowej w zakresie średniej podczerwieni - długości fali kilku do kilkunastu mikrometrów. Jest to wykorzystywane do budowy detektorów podczerwieni konkurencyjnych wobec stosowanych materiałów II-VI z rtęcią. Celem ćwiczenia jest otrzymanie metodą epitaksji z wiązek molekularnych (MBE) heterostruktur GaAlSb/InAs oraz supersieci GaSb/InAs o krótkim periodzie oraz ich podstawowa charakteryzacja strukturalna, (mikroskop elektronowy SEM, mikroskop sił atomowych AFM), elektryczna (pomiary transportowe) i ew. optyczna. Będzie to w dużej części praca przy technologii MBE.

 

Opiekun dr Tomasz Słupiński

 

Własności optyczne dwusiarczku molibdenu (MoS2)

 

Dwusiarczek molibdenu jest materiałem półprzewodnikowym podobnym do grafenu. Posiada heksagonalną strukturę z silnymi wiązaniami kowalencyjnymi wewnątrz warstw S-Mo-S i słabymi wiązaniami van der Waalsa pomiędzy tymi warstwami. Taka budowa tego materiału umożliwia stosunkowo łatwe rozdzielanie warstw poprzez mechaniczną eksfoliację oraz uzyskiwanie pojedynczych warstw, których własności różnią się od własności materiałów objętościowych. Pojedyncza warstwa MoS2 mogłaby skutecznie uzupełniać grafen w zastosowaniach wymagających cienkich i transparentnych półprzewodników, dlatego też badania podstawowych własności pojedynczych warstw MoS2 niosą ogromny potencjał z punktu widzenia własności materiałów półprzewodnikowych. Celem proponowanej pracy jest charakteryzacja optyczna cienkich warstw MoS2 w szerokim zakresie temperatur.

 

Opiekun dr hab. Adam Babiński, prof. UW i mgr Katarzyna Gołasa

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 Agnieszka Wołoś


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 dr hab. Andrzej Wysmołek, prof. UW, 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 dr hab. Andrzej Wysmołek, prof. UW, 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, dr hab. Andrzej Wysmołek, prof. UW

 

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 B. Piętka


Ćwiczenia III pracowni 2015/16

lista ćwiczeń lista ćwiczeń (1,032.0 kB)

Ćwiczenia III pracowni 2014/15

lista ćwiczeń lista ćwiczeń (1,035.7 kB)

Ćwiczenia III pracowni 2013/14

lista ćwiczeń lista ćwiczeń (1,034.2 kB)

Ćwiczenia III pracowni 2012/13

lista ćwiczeń lista ćwiczeń (1,041.8 kB)

Ćwiczenia III pracowni 2011/12

lista ćwiczeń lista ćwiczeń (1,035.4 kB)

Ćwiczenia III pracowni 2009/10

lista ćwiczeń lista ćwiczeń (54.8 kB)