Z przyjemnością informujemy, że dr Piotr Chudziński realizuje w IPPT PAN projekt pierwszej edycji konkursu PASIFIC. Jest to kolejny projekt w IPPT PAN w ramach programu stypendialnego Polskiej Akademii Nauk. Dr Chudziński będzie wdrażał program pt. „A new pathway for future electronic devices: collective electron-lattice states in nanostructures".
Piotr Chudziński uzyskał tytuł doktora w 2008 roku na uniwersytecie Paris-Sud (w Orsay, we Francji), na którym badał związki oparte na tlenkach miedzi. Następnie został stypendystą Uniwersytetu Genewskiego (w Szwajcarii), na którym prowadził badania nad wzbudzeniami kolektywnymi w półmetalach z rodziny Bi1-xSbx. Badania kontynuował także na Uniwersytecie w Regensburgu (w Niemczech), gdzie pracował nad nanorurkami węglowymi. Ponadto, na Uniwersytecie w Utrechcie (w Holandii) badał tri-chalkogenidy oraz na Queen’s University Belfast (w Zjednoczonym Królestwie) prowadził badania ferroelektryków. Obecnie jest adiunktem w Zakładzie Teorii Ośrodków Ciągłych i Nanostruktur IPPT PAN.
Projekt: A new pathway for future electronic devices: collective electron-lattice states in nanostructures (Nowe ścieżki dla elektroniki przyszłości)
Zagadnienie badawcze w projekcie:
Naukowiec bada zagadnienia z dziedziny fizyki materiałów. Zamierza zrozumieć, czy sprzęganie elektronów w systemach niskowymiarowych ze stanem topologicznym sieci prowadzi do nowych, egzotycznych parametrów porządku.
Przebieg badania:
Wykorzystany zostanie opis kwantowej teorii pola zarówno dla cieczy elektronowej, jak i dla sieci elastycznej kryształu. Następnie te dwa modele zostaną połączone tak, aby zbadać niestabilności tej złożonej teorii. Teoria analityczna zostanie uzupełniona o badania numeryczne, które zapewnią nam realistyczne amplitudy oddziaływania (odpowiednie dla nanostruktur) dla różnych konkurujących ze sobą kanałów wzajemnego rozpraszania cząstek.
Podsumowując wyniki badań stypendysta otrzyma lepsze zrozumienie tego, jak elektrony w nanostrukturach łączą się z lokalnym bozonem, np. z oscylacją sieci krystalicznej lub z parametrem uporządkowania. Istota badań polega na zbadaniu krajobrazu energetycznego wewnątrz nanostruktur (żeby zrozumieć tychże fizykę bozonów), jak również możliwych niestabilności, które mogą pojawić się w wyniku sprzężenia z cieczą elektronową.
Dr Chudziński chciałby również lepiej poznać procesy wyższego rzędu, w których elektron jednocześnie odddziaływuje z kilkoma bozonami. W ramach tego ostatniego zagadnienia istnieje już jedna publikacja [Phys. Rev. B 106, L081103 (2022)], w której razem z badaczem z Hiszpanii, Pablem Aguado Puentem, zbadali przemiany fazowe w izolatorach topologicznych wywołane sprzężeniem z dyssypatywną siatką fononową. W celu prawidłowego uchwycenia przemiany fazowej musieli uwzględnić możliwość, że elektron wielokrotnie wymienia energię z tym samym fononem. Efekt ten, do tej pory, nie był nigdy rozpatrywany, ale dopiero z tego poziomu teorii byli w stanie zobaczyć destrukcję stanów, które dotąd były chronione topologicznie. Wyniki badań zostały pokazane na rysunkach.
Ilustracja: Zależność oporu od kierunku rozpraszania w transporcie fononów w SnTe. Panel górny przedstawia sytuację, w której fonon silnie sprzęga jedynie z niewielką częścią dostępnych elektronów. Panel prawy ukazuje wynik obliczeń wraz z izopowierzchniami siły sprzężenia, potwierdzając, że sprzeżenie jest silnie anizotropowe. Panel dolny ukazuje tę samą izopowierzchnię dla trzech różnych temperatur, wskazując na silną zależność od temperatury i możliwość przemiany fazowej.
Znaczenie badań
Nanostruktury to obecnie intensywnie rozwijająca się gałąź technologii, która daje nadzieję na rozwiązanie wielu zagadnień z dziedziny inżynierii, w najmniejszej z możliwych skali – skali atomu. Opisy teoretyczne takich systemów są jednak często niewystarczające. Ten projekt, nawet jeśli tylko w części wypełni lukę w wiedzy badaczy, pozwoli ulepszyć istniejące technologie, a jednocześnie wyznaczy kierunek dla nowych. Na przykład, dzięki badaniom nad nanoskopowym transportem termoelektrycznym będzie można zniwelować nagrzewanie się procesorów komputerowych w najmniejszych skalach, a badania nad niehomogenicznymi superprzewodnikami mogą zbliżyć nas do kontrolowanych platform obliczeń kwantowych.
