Tematy prac licencjackich 2009/2010 (tok indywidualny)

Temat: „Wpływ transportu balistycznego na przewodnictwo submikronowych tranzystorów polowych”

Opiekun: dr hab. Jerzy Łusakowski

Celem pracy licencjackiej jest określenie wkładu transportu balistycznego do przewodnictwa tranzystorów polowych w niskich temperaturach (ok. 4 K). Stosowane tranzystory mają bardzo krótkie (submikronowe) bramki. Doświadczenie polega na przeprowadzeniu pomiarów magnetooporu tranzystorów metodą stałoprądową (stałe napięcie przyłożone do bramki) oraz zmiennoprądową (z modulacją napięcia przykładanego do bramki). Uzyskane zależności oporu oraz pochodnej oporu od pola magnetycznego pozwalają na określenie ruchliwości elektronów w kanale tranzystora. Otrzymana w wyniku analizy zależność ruchliwości od koncentracji elektronów i długości kanału pozwala - przy zastosowaniu modeli teoretycznych - określić wkład transportu balistycznego do przewodnictwa. Analiza danych umożliwia także określenie mechanizmów rozpraszania w tranzystorze.

Temat: "Emisja światła z kropek kwantowych CdTe w strukturze fotonicznej"

Opiekun: dr Wojciech Pacuski
Zastępca przed 1.X.09: prof. dr hab. Jan Gaj

Istotnym ograniczaniem badań i zastosowań kropek kwantowych jest małe prawdopodobieństwo (około 3%), iż wyświecony przez kropki foton opuści strukturę półprzewodnikową. Zjawisko to jest wynikiem całkowitego wewnętrznego odbicia. Sposobem na ominięcie tego problemu jest umieszczenie kropek kwantowych w strukturze fotonicznej, takiej jak np. mikrokolumna (ang. micropillar) z mikrownęką. Tematem pracy będzie zbadanie wpływu struktur fotonicznych na luminescencję kropek kwantowych CdTe/ZnTe.

Temat: "Manipulowanie spinem pojedynczego atomu manganu w kropce kwantowej"

Opiekun: prof. dr hab. Michał Nawrocki
p.o. opiekuna: mgr Mateusz Goryca

Półprzewodnikowa kropka kwantowa zawierająca pojedynczy atom magnetyczny stanowi wyjątkowo interesujący układ z punktu widzenia spintroniki, gdyż pozwala na zbliżenie się do ostatecznego limitu miniaturyzacji zapisu informacji. Jak bowiem pokazały niedawne badania, możliwy jest optyczny zapis i odczyt informacji w spinie pojedynczego atomu. W ramach pracy licencjackiej student weźmie udział w unikalnych badaniach nad możliwością manipulacji spinem takiego atomu przy użyciu spolaryzowanego światła widzialnego i/lub promieniowania mikrofalowego. Uzyskane wyniki pomogą w zrozumieniu mechanizmów rządzących dynamiką spinu pojedynczego atomu magnetycznego.

Temat: „Rezonans ekscytonu naładowanego w kropce kwantowej CdTe/ZnTe”

Opiekun: dr hab. Andrzej Golnik
p.o. opiekuna: mgr Tomasz Kazimierczuk

Celem pracy jest manipulacja spinem ekscytonu naładowanego w półprzewodnikowej kropce kwantowej. Drogą do niego będzie zbadanie i opisanie własności optycznych tego Ekscytonu w kropce pobudzanej quasi-rezonansowo. Jednym z ważniejszych elementów pracy będzie przeprowadzenie eksperymentów związanych z polaryzacja światła, m.in. zweryfikowanie obecności efektu orientacji optycznej. Podstawowymi technikami eksperymentalnymi będą pomiary widm fotoluminescencji oraz widm wzbudzenia pojedynczych kropek kwantowych w niskich temperaturach (rzędu 1.5 K).

Temat: "Badanie dynamicznej podatności magnetycznej materiału nanokompozytowego MnAs/GaAs, za pomocą magnetometru AC bazującego na miniaturowym czujniku hallowskim".

Opiekun: dr hab. Dariusz Wasik, prof. UW

Temat ten jest rozszerzeniem zaproponowanego wcześniej tematu pracowni. Materiałem nanokompozytowym MnAs/GaAs nazywany jest półprzewodnik GaAs, w którym zanurzone są kryształy MnAs o rozmiarach rzędu od kilku do kilkudziesięciu nanometrów. Nanokryształy te są ferromagnetyczne w temperaturach poniżej około 320K i w większości są pojedynczymi domenami magnetycznymi. W proponowanym doświadczeniu należy zbadać dynamikę namagnesowania nanokryształów MnAs za pomocą magnetometru AC, w którym badany preparat przemagnesowywany jest zmiennym zewnętrznym polem magnetycznym, a jego odpowiedź na to pole jest badana za pomocą miniaturowego czujnika hallowskiego. Podatność materiału zostanie zbadana w zakresie temperatur od 4K do 300K i w możliwie szerokim zakresie częstotliwości zewnętrznego pola magnetycznego. Wyniki należy porównać z modelem teoretycznym zaproponowanym np. w pracy T. Jonsson i in. J. Magn. Magn. Mater. 168, 269-277 (1997) lub jakimś innym, bardziej zaawansowanym.

Temat: "Eksperymentalne wyznaczanie czynnika Fano w procesie tunelowania elektronów przez pojedynczą barierę w układzie heterostruktury półprzewodnikowej GaAs/AlAs/GaAs."

Opiekun: dr Jacek Przybytek

Proces tunelowania jest rządzony prawami statystycznymi wynikającymi z kwantowomechanicznej natury tego zjawiska. Przebiegowi procesu tunelowania można przyjrzeć się bliżej niż to wynika tylko z analizy samych charakterystyk prąd-napięcie. Mierząc fluktuacje czasowe prądu tunelowego można określić "stopień uporządkowania" ruchu elektronów (szum śrutowy) wynikające z ich wzajemnego oddziaływania/korelacji. W trakcie pracy licencjackiej student zapozna się z bardzo czułym układem do pomiarów szumów (w znacznym stopniu zautomatyzowanym) oraz ze sposobami analizy statystycznej sygnałów szumowych.

Jako alternatywa – temat 2 dla ryzykantów (w odwodzie temat 1):

„Badania transportu elektronowego w drutach kwantowych.”

zalety: nowy, bardzo interesujący temat
wady: dysponujemy tylko jedną próbką – jak się zepsuje, to koniec (i konieczność przejścia do tematu 1)

W ramach tej pracy badane byłyby charakterystyki prądowo-napięciowe w polu magnetycznym oraz bez pola magnetycznego, a także podjęta zostałaby próba pomiarów fluktuacji prądu/napięcia w tym układzie.

Temat: "Badania zjawiska tunelowania w złączach półprzewodnikowych z wbudowanym polem elektrycznym"

Opiekun: dr Marta Gryglas

Od pewnego czasu zajmujemy się zjawiskiem tunelowania rezonansowego w heterostrukturach z pojedynczą barierą, w tym tunelowaniem przez pojedyncze domieszki. Proponowany temat pracy wiązałby się z wykonaniem pomiarów na heterostrukturach GaAs/AlAs/GaAs specjalnie wyhodowanych w taki sposób, żeby możliwe było zaobserwowanie wpływu wbudowanego pola elektrycznego związanego ze słabym efektem piezoelektrycznym (próbki hodowane na kierunku [111]). Mierzone byłyby: charakterystyki prądowo-napięciowe, charakterystyki C-V (tzw. różniczkowa pojemność złącza w funkcji napięcia polaryzacji), a także pomiary w kwantującym polu magnetycznym umożliwiające wyznaczenie koncentracji dwuwymiarowego gazu elektronowego w obszarze, z którego zachodzi tunelowanie (jest to tzw. obszar emitera). Pomiary miałyby na celu zbadanie czy widoczny jest wpływ wbudowanego pola piezoelektrycznego na proces tunelowania.

Temat: "Badanie elektrycznych własności grafenu"

Opiekun: dr Marta Gryglas

Temat jest rozszerzeniem zgłoszonego wcześniej tematu pracowni. Od czasu odkrycia nanorurek węglowych stale rośnie zainteresowanie różnymi odmianami węgla. W szczególności, wiele uwagi poświęca się grafitowi i jego odmianie: grafenowi, który jest pojedynczą warstwą atomów węgla, nie sprzężoną (albo słabo) z kolejnymi płaszczyznami węglowymi. Okazuje się, że elektrony w takiej pojedynczej warstwie mają dość niezwykle własności – zależność energii od wektora falowego E(k) nie jest paraboliczna, tylko liniowa, jak dla fotonu. Konsekwencją tego jest zerowa masa efektywna (stąd mówi się o cząstkach Diraca, „relatywistycznych” elektronach) i duże ruchliwości nośników w temperaturze pokojowej (przekraczające 100 000 cm2/Vs). Zatem potencjalnie istnieje możliwość realizacji szybkiej elektroniki, być może działającej w reżimie balistycznym (rozmiar aktywnych elementów < średnia droga swobodna), która mogłaby zastąpić elektronikę krzemową. W ramach ćwiczenia zostaną przeprowadzone pomiary tensora przewodnictwa dla grafenu w temperaturze ciekłego helu i w polach magnetycznych do 7T.

Temat: "Spektroskopia struktur węglowych (grafen, nanorurki)"

Opiekunowie: dr hab. Andrzej Wysmołek, prof. dr hab. Roman Stępniewski

Według najnowszych światowych przewidywań struktury węglowe, a zwłaszcza grafen (pojedyncza, płaska warstwa węglowa o strukturze plastra miodu) mogą stać się podstawą dalszego rozwoju elektroniki. Realizacja tych zamierzeń wymaga jednak opanowania technologii otrzymywania warstw węglowych o grubości kilku warstw atomowych, przy zachowaniu ich wysokiej jakości strukturalnej i wysokim stopniu kontroli własności elektrycznych. Obiecującą metodą wytwarzania grafenu jest wygrzewanie węglika krzemu (SiC) w wysokiej temperaturze (ok. 1600 0C). Ostatnio w ramach ścisłej współpracy pomiędzy Wydziałem Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego i Instytutem Technologii Materiałów Elektronicznych uzyskane zostały (po raz pierwszy w Polsce) cienkie warstwy węglowe na węgliku krzemu. Są one przedmiotem intensywnych badań realizowanych we współpracy międzynarodowej. W ramach prowadzonych prac licencjackich wykorzystywane będą różne techniki badawcze warstw grafenu mające na celu zbadanie wpływu rodzaju podłoża (orientacja, domieszkowanie) na właściwości otrzymywanej warstwy i efektów oddziaływania między warstwą a podłożem SiC. Obejmować one będą badanie rozpraszania Ramanowskiego i innych technik optycznych i elektrycznych. Uzupełnieniem tych pomiarów będą badania z użyciem mikroskopii sił atomowych (AFM). Badania te są istotne dla optymalizacji technologii warstw, które mogą być następnie poddawane procesowi strukturyzacji z użyciem nano-litografii i dalszych procesów technologicznych. Zasadniczym celem jest wytworzenie sensorów, tranzystorów itp. elementów elektronicznych. Badania prowadzone na poziomie licencjackim mogą następnie być rozwinięte w ramach prac magisterskich i doktorskich.

Temat: "Spektroskopia niskowymiarowych struktur azotkowych."

Opiekunowie: prof. dr hab. Roman Stępniewski, dr hab. Andrzej Wysmołek

Badanie azotków i struktur azotkowych (GaN, AlGaN i inne) jest prowadzone w Zakładzie Fizyki Ciała Stałego (ZFCSt) we współpracy z licznymi laboratoriami w Polsce i za granicą od wielu lat. Obecnie we współpracy z firmą Ammono pojawiła się możliwość otrzymywania najwyższej jakości struktur azotowych o obniżonej wymiarowości (studnie kwantowe, kropki kwantowe). Jest to możliwe dzięki rozpoczętej w ZFCSt a rozwiniętej w tej firmie unikatowej technologii wzrostu objętościowego azotku galu (największe kryształy objętościowe GaN na świecie!). W ramach prowadzonych prac licencjackich przewiduje się pomiary mikroluminescencji wysokiej jakości niskowymiarowych struktur azotowych (studnie kwantowe, kropki kwantowe) otrzymywanych na podłożach niepolarnych w technologii MOVPE (Metal Organic Vapour Phase Epitaxy) dostępnej w naszym zakładzie. Przewiduje się, że tak hodowane próbki stanowić będą „nową jakość” umożliwiającą dostęp do nowych zjawisk fizycznych występujących w „świecie o obniżonej wymiarowości”. Badania prowadzone na poziomie licencjackim mogą następnie być rozwinięte w ramach prac magisterskich i doktorskich.

Temat: "Efekt Halla w krysztale metalicznego GaAs:Te z niewielkim nieporządkiem strukturalnym – długofalowymi statycznymi deformacjami sieci krystalicznej."

Opiekun: dr Tomasz Słupiński

W bardzo silnie domieszkowanym monokrysztale półprzewodnika GaAs:Te (domieszka telluru daje przewodnictwo elektryczne typu n) atomy domieszek zaczynają wzajemnie wpływać na siebie chemicznie. Prowadzi to do pojawiania się częściowego porządku konfiguracyjnego atomów domieszek w sieci krystalicznej – domieszki przestają być rozmieszczone całkiem przypadkowo w sieci kryształu. Jedną z konsekwencji jest obserwowany doświadczalnie fakt, że koncentracja elektronów przewodnictwa zaczyna być mniejsza niż koncentracja domieszek. Inną konsekwencją jest pojawienie się długofalowych naprężeń i zniekształceń (deformacji) sieci kryształu. Deformacje takie zostały zmierzone przy użycie dyfrakcji i rozpraszania promieni x dla kryształów będących podstawą niniejszej pracy. Długość falowa tych deformacji jest porównywalna do długości fali de Broglie’a elektronu w sieci krystalicznej, a więc elektrony przewodnictwa odczuwają takie niedoskonałości kryształu i ruch elektronów przewodnictwa ulega dodatkowemu rozpraszaniu.

Przedmiotem pracy licencjackiej będzie próba bardziej dokładnego zrozumienia rozpraszania elektronów przewodnictwa w takim przypadku. Praca będzie zawierała elementy doświadczalne (np. pomiary transportu elektrycznego), próbę opisania teoretycznego opartą na literaturze i własnych obliczeniach, a także pozwoli autorowi poznać elementy technologii materiałów. Praca będzie realizowana w pracowni wzrostu kryształów ZFCSt. Nacisk na wymienione elementy pracy będzie zależał od zainteresowań studenta.

Temat: "Oddziaływanie wymienne w ciekłokrystalicznych kompleksach jonów magnetycznych"

Opiekun: dr Jacek Szczytko 

Badanie namagnesowania magnetycznych ciekłych kryształów w funkcji pola magnetycznego i temperatury. Pomiary na magnetometrze typu SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) na molekułach ciekłokrystalicznych syntetyzowanych w grupie prof. dr hab. Ewy Góreckiej na Wydziale Chemii UW zawierających jony miedzi (II), niklu (II) lub wanadyle (VO). Dzięki inżynierii chemicznej można stworzyć molekuły z wieloma centrami magnetycznymi, które będą oddalone od siebie o ściśle określoną (wiązaniami chemicznymi) odległość. Dodatkowo można zmieniać charakter wiązań (pi, sigma), albo można uporządkować sąsiadujące molekuły w określony sposób (jak w ciekłych kryształach, np. tworząc łańcuchy jonów magnetycznych). Proponowana praca licencjacka daje możliwość wybrania najbardziej interesujących zjawisk, a nawet zaprojektowania własnych molekuł (w granicach możliwości WCh UW).

Temat: "Anizotropia optyczna zawiesiny nanocząstek w polu magnetycznym"

Opiekun: dr Jacek Szczytko

Pomiar w konfiguracji Voigta lub Faradaya. Nanocząstki (złota, kobaltu) zostały syntetyzowane w grupie prof. dr hab. Ewy Góreckiej z Laboratorium Badań Strukturalnych na Wydziale Chemii UW. Dodatkowo nanocząstki zostały otoczone molekułami organicznymi. Pole magnetyczne przyłożone do koloidalnej zawiesiny indukuje anizotropię związaną z uporządkowaniem nanocząstek. Badania światła przechodzącego przez próbkę mają na celu wyznaczenie własności stanu uporządkowanego polem magnetycznym. Można też pomyśleć o pracy teoretycznej – modelującej oddziaływanie fali elektromagnetycznej z nanocząstkami magnetycznymi. Praca licencjacka byłaby jednym z etapów opracowania i opatentowania urządzenia magneto-optycznego opartego o nanocząstki magnetyczne.