W Katedrze Fizyki Powierzchni i Nanostruktur prowadzone są badania materiałów dwuwymiarowych (2D) oraz nisko-wymiarowych nanostruktur (metalicznych studni kwantowych, drutów kwantowych, atomowych łańcuchów) wytwarzanych na płaskich i wicynalnych modyfikowanych powierzchniach monokryształów, głównie krzemu. Prace mają charakter doświadczalnych i teoretycznych badań podstawowych.
Nisko-wymiarowymi metalicznymi nanostrukturami nazwane są obiekty, w których przynajmniej jeden z trzech rozmiarów jest mniejszy niż około 10 nm (1nm = 1/1000 μm). Przykładami nisko-wymiarowych metalicznych struktur są: dwu-wymiarowe ultra-cienkie warstwy, quasi jedno-wymiarowe nanodruty i jedno-wymiarowe atomowe łańcuchy.
Ograniczenie rozmiaru nanostruktury z reguły wzmacnia zazwyczaj trudno obserwowane efekty kwantowe i wpływa na jej strukturę elektronową. W rezultacie, zmienione właściwości nanostruktur mogą decydować o ich specyficznym wykorzystaniu w różnych dziedzinach elektroniki, bioniki i innych obszarach nowoczesnego przemysłu.
Nasze badania koncentrują się na wytwarzaniu oraz badaniach morfologii i struktury elektronowej nanostruktur oraz ich właściwości magnetycznych i optycznych. Osiągamy to stosując następujące metody badawcze: odbiciową dyfrakcję wysokoenergetycznych elektronów (Reflection High Electron Energy Diffraction - RHEED), dyfrakcję niskoenergetycznych elektronów (Low Energy Electron Diffraction - LEED), mikroskopię niskoenergetycznych elektronów (Low Energy Electron Microscopy - LEEM i SPLEEM), mikroskopię tunelową (Scanning Tunneling Microscopy – STM), fotoemisję z rozdzielczością kątową i spinową (Angle-Resolved Photo-Electron Spectroscopy - ARPES i SARPES) oraz pomiary elektrycznego przewodnictwa powierzchniowego in situ (w warunkach ultra-wysokiej próżni - UHV).
Wykorzystując teorię funkcjonału gęstości (DFT) wykonujemy obliczenia i numeryczne symulacje struktury atomowej i elektronowych właściwości nano-metrowych układów.
Obraz topograficzny STM 6nm x 6nm powierzchni Si(111)5x2-Au zarejestrowany z polaryzacją próbki U = -1.4 V. Jasne, wystajace obiekty są adatomami Si.
Tematyka badań
- Właściwości strukturalne, elektronowe, magnetyczne i optyczne układów niskowymiarowych.
- Zjawiska kwantowe w nanostrukturach.
- Nowe materiały dwuwymiarowe i ich funkcjonalizacja.
- Struktury jednowymiarowe na wicynalnych powierzchniach Si.
- Struktury molekularne na powierzchniach kryształów.
Metody doświadczalne
- Skaningowa mikroskopia i spektroskopia tunelowa (STM, STS).
- Dyfrakcja wysokoenergetycznych i niskoenergetycznych elektronów (RHEED, LEED).
- Mikroskopia niskoenergetycznych elektronów (LEEM, SPLEEM).
- Powierzchniowe przewodnictwo elektryczne.
- Spektroskopia fotoelektronów (ARPES, SARPES).
- Optyczna różnicowa spektroskopia odbiciowa (DRS).
Metody teoretyczne
- Metody ab-initio w ramach teorii funkcjonału gęstości DFT (VASP, SIESTA).
- Obliczenia modelowego hamiltonianu w podejściu ciasnego wiązania.