Projekt NCN OPUS 21 (2022 - 2027)

Epitaksjalne heterostruktury niskowymiarowe zbudowane z chalkogenków o różnej wymiarowości: 2D i 3D.

kierownik: dr hab. Wojciech Pacuski, prof. UW

Link do informacji o projekcie w bazie NCN

Popularnonaukowe streszczenie projektu

Projekt "Epitaksjalne heterostruktury niskowymiarowe zbudowane z chalkogenków o różnej wymiarowości: 2D i 3D" koncentruje się na badaniu stanów elektronowych w nowo wytworzonych nanostrukturach. Struktury te powstają w wyniku wzrostu kryształów metodą epitaksji z wiązek molekularnych (Molecular Beam Epitaxy, MBE).

W badaniach wykorzystujemy dwuwymiarowe (2D) materiały, jakimi są dichalkogenki metali przejściowych. Składają się one z atomów metali przejściowych, takich jak molibden czy wolfram, oraz atomów z VI grupy układu okresowego, takich jak selen, tellur lub siarka. Najciekawsze właściwości optyczne tych materiałów pojawiają się, gdy ich grubość ograniczona jest do pojedynczej monowarstwy – czyli jednej warstwy atomowej selenu, molibdenu i ponownie selenu. Dotychczas wysokiej jakości warstwy tego typu uzyskiwano głównie poprzez mechaniczne odrywanie ich od kryształów objętościowych. W naszym projekcie proponujemy jednak alternatywne podejście – wzrost epitaksjalny, który dzięki postępowi technologicznemu w hodowli dichalkogenków metali przejściowych staje się coraz bardziej efektywny. Co istotne, przełom w tej dziedzinie został osiągnięty niedawno przez kierownika projektu w laboratoriach, w których realizowane będą badania.

Do budowy nanostruktur wykorzystujemy także trójwymiarowe (3D) materiały, takie jak klasyczne chalkogenki – np. hodowany w naszym laboratorium metodą MBE ZnSe (selenek cynku). Materiały te wykazują tendencję do samoorganizacji w nanostruktury, na przykład w kropki kwantowe, które przy odpowiednich warunkach wzrostu mogą cechować się doskonałymi właściwościami optycznymi.

Połączenie chalkogenków 2D i 3D pozwoli nam zbadać oddziaływania między nanostrukturami o różnej wymiarowości, co może prowadzić do odkrycia nowych zjawisk fizycznych i potencjalnych zastosowań w technologii przyszłości.

Przykład pracy bedącej wynikiem projektu:

   "Molecular beam epitaxy growth of cadmium telluride structures on hexagonal boron nitride",
A. K. Szczerba, J. Kucharek, J. Pawłowski, T. Taniguchi, K. Watanabe, W. Pacuski,
ACS Omega 8, 44745 (2023).  

Nasze prezentacje w roku 2024:
1. Referat zaproszony na 3rd OPERA COST Action International Training School "Physical Principles and Theory of Advanced Epitaxial Growth Methods and Devices", University of Cyprus, Nicosia, Cyprus, September 2024, W. Pacuski, "Epitaxial Growth of 2D Materials".
2. Referat zaproszony na E-MRS 2024 FALL MEETING, Warszawa, Polska, 16.-19.9.2024 W. Pacuski, "Exfoliated and MOCVD h-BN as an excellent substrate for the epitaxy of 2D materials".
3. Prezentacja ustna na E-MRS 2024 FALL MEETING, Polska, 16.-19.9.2024, A. Szczerba, B. Tronowicz, J. Kucharek, T. Taniguchi, K. Watanabe, and W. Pacuski, "Optical Properties of MoSe2 in Heterostructures with MgSe/ZnSe Grown by Molecular Beam Epitaxy".
4. Prezentacja ustna na 36th International Conference on the Physics of Semiconductors (ICPS) Ottawa, sierpień 2024, A. K. Szczerba, B. Tronowicz, J. Kucharek, T. Taniguchi, K. Watanabe, W. Pacuski, "MoSe2 as an epitaxial quantum well with asymmetric MgSe and hBN barriers". v
5. Prezentacja ustna na ICMBE (The 23rd International Conference on Molecular Beam Epitaxy), wrzesień 2024, Matsue, Japonia, J. Kucharek, M. Raczyński, R. Bożek, S. Kret, T. Taniguchi, K. Watanabe, "P. Kossacki, M. Goryca, W. Pacuski "A Multi-particle Excitonic Systems in WSe2 Grown on hBN by Molecular Beam Epitaxy".
6. Plakat na 52nd International School & Conference on the Physics of Semiconductors, "Jaszowiec 2024" Szczyrk, Poland, czerwiec 2024, A. K. Szczerba, B. Tronowicz, J. Kucharek, T. Taniguchi, K. Watanabe, W. Pacuski "Optical Properties of MoSe2 in Heterostructures with MgSe/ZnSe Grown by Molecular Beam Epitaxy".
7. Plakat na The 7th International Workshop on the Optical Properties of Nanostructures (OPON2024), Wrocław, luty 2024, A. Szczerba, J. Kucharek, J. Pawłowski, T. Taniguchi, K. Watanabe, W. Pacuski, "MBE growth of CdTe structures on hBN".
8. Plakat na The 12th International Conference on Quantum Dots, Monachium, Marzec 2024, K. E. Połczynska, T. Kazimierczuk, P. Kossacki, W. Pacuski, "Single ion of Vanadium in a Quantum Dot".