Ułatwienia dostępu

  • Skalowanie treści 100%
  • Czcionka 100%
  • Wysokość linii 100%
  • Odstęp liter 100%
Skip to main content

NCN OPUS 1: 2011/01/B/ST3/05685

Kwantowe zjawiska emergentne w monokryształach wypełnionych skutterudytów arsenowych

kierownik: prof. dr hab. T. Cichorek

Opis

Projekt badawczy „Kwantowe zjawiska emergentne w monokryształach wypełnionych skutterudytów arsenowych” łączy badania stanu podstawowego materii skondensowanej z poszukiwaniem nowych materiałów o perspektywicznych zastosowaniach termoelektrycznych. We współczesnej fizyce ciała stałego jednym z najistotniejszych zagadnień są nie dające się przewidzieć a priori zachowania emergentne materii kwantowej tj., makroskopowych układów wielocząsteczkowych, których stan podstawowy determinują efekty kwantowe.

Z drugiej strony, badania mające na celu uzyskanie materiałów posiadających wysoką efektywność termoelektryczną nabierają istotnego znaczenia w obliczu coraz to wyższych kosztów pozyskiwania energii. Oba te zagadnienia znajdują wspólny mianownik w materiale badawczym, jakim są wysokiej jakości monokryształy wypełnionych skutterudytów arsenowych. Eksperymenty określające własności transportowe i termodynamiczne zaplanowano, m.in. w zakresie bardzo niskich temperatur do 30 mK i w polach magnetycznych do 14 T, ze znaczącym udziałem nowo wytworzonej aparatury naukowo-badawczej.

Głównym celem naukowym wnioskowanego projektu jest zbadanie wpływu, jaki wywiera matryca arsenowa T4As12 na niskotemperaturowe własności gazu elektronowego wypełnionych skutterudytów, tzn. związków typu MT4X12, gdzie M = metale alkaliczne, metale ziem alkalicznych, lantanowce lub lekkie aktynowce, T = Fe, Ru lub Os; X = P, As lub Sb. Budowa krystaliczna wypełnionych skutterudytów leży u podstaw ich intrygujących własności fizycznych. Istotnie, unikatowe usytuowanie atomu M wewnątrz dwudziestościanu foremnego utworzonego przez 12 atomów pnictogenu często prowadzi do jednoczesnego wystąpienia dodatkowych, wewnętrznych stopni swobody (ruch rattlingowego) i znaczących efektów hybrydyzacyjnych. W konsekwencji, wypełnione skutterudyty (w tym również nowo odkryte związki germanu) wykazują bogactwo rozmaitych własności fizycznych. Warto tu wymienić choćby przejście typu metal-izolator, nadprzewodnictwo typu BCS, uporządkowania magnetyczne, kwadru- i multipolowe, czy silne korelacje elektronowe skutkujące niekonwencjonalnym nadprzewodnictwem oraz obecnością kwantowego punktu krytycznego.

Głównym celem naukowym wnioskowanego projektu jest zbadanie wpływu, jaki wywiera matryca arsenowa T4As12 na niskotemperaturowe własności gazu elektronowego Pomimo znaczącego postępu technologicznego w otrzymywaniu związków arsenu na przestrzeni ostatnich kilku lat, jak dotąd tylko w INTiBS PAN we Wrocławiu skutterudyty arsenowe uzyskiwane są z dużym sukcesem - pod kierownictwem prof. dr hab. Zygmunta Henkie opracowano wydajną technologię uzyskiwania skutterudytów arsenowych w postaci monokrystalicznej. W tym celu wykorzystano nowatorską metodę krystalizacji pod podwyższonym ciśnieniem z topnika arsenowo-kadmowego. Sytuacja ta umożliwia polskim fizykom podkreślić ich obecność w światowym nurcie badań układów o silnych korelacjach elektronowych, ze szczególnym uwzględnieniem ich niemagnetycznego pochodzenia. W istocie, spośród wielu związków o silnych korelacjach elektronowych będących konsekwencją oddziaływań magnetycznych, stosunkowo nieliczna grupa wypełnionych skutterudytów przejawia mnogość efektów wywołanych elektronowymi momentami kwadrupolowymi i/lub momentami wyższego rzędu. Należy tu podkreślić niekonwencjonalne nadprzewodnictwo w PrOs4Sb12 – jest to jak dotąd jedyny związek, w którym fluktuacje kwadrupolowe najprawdopodobniej są odpowiedzialne za tworzenie się par Coopera. Warto dodać, że wnioskowany projekt dotyczy tematyki bardzo aktualnej o czym świadczy kilkaset artykułów naukowych traktujących o własnościach fizycznych związków MT4X12 z czego ponad 100 opublikowano w Physical Review B a 15 w Physcial Review Letters.

Głównym celem naukowym wnioskowanego projektu jest zbadanie wpływu, jaki wywiera matryca arsenowa T4As12 na niskotemperaturowe własności gazu elektronowego Projekt „Kwantowe zjawiska emergentne w monokryształach wypełnionych skutterudytów arsenowych” jest kontynuacją, zakończonego w listopadzie 2009 roku, projektu badawczego NN 202 412933 „Intrygujące własności fizyczne skutterudytów arsenowych: stan podstawowy i aplikacje”, który uzyskał bardzo wysoką ocenę końcową 66/70. W ramach projektu NN 202 412933 otrzymano (często po raz pierwszy w świecie) i scharakteryzowano związki typu LaT4As12, CeT4As12 i PrT4As12 o bardzo interesujących własnościach fizycznych takich jak, np.: anizotropię indukowanego polem magnetycznym przejścia izolator-metal dla T < 3.5 K w CeOs4As12. Podczas trzydziestosześciomiesięcznej realizacji 19 zadań szczegółowych, składających się na obecnie wnioskowany projekt, planuje się rozszerzenie rodziny związków MT4As12 o cięższe lantanowce (szczególnie Nd, Sm i Yb) oraz, pozbawione elektronów walencyjnych f i d, metale alkaliczne i metale ziem alkalicznych. Optymalizacja warunków hodowli monokryształów, poparta doświadczeniem z lat 2007-2009, powinna skutkować otrzymaniem próbek o rozmiarach kilku milimetrów. Dlatego drugim aspektem wnioskowanego projektu są rozszerzone badania wyselekcjonowanych związków MT4As12 (M = La, Ce i Pr). Szczególny nacisk zostanie położony na poszukiwanie efektów związanych z elektronowymi momentami kwadrupolowymi i/lub elektronowymi momentami wyższego rzędu. W tym kontekście należy wyróżnić badania anizotropii własności fizycznych wywołanej polem magnetycznym. Dodajmy, że efekty te są możliwe do zaobserwowania tylko na wysokiej jakości próbkach monokrystalicznych.

Głównym celem naukowym wnioskowanego projektu jest zbadanie wpływu, jaki wywiera matryca arsenowa T4As12 na niskotemperaturowe własności gazu elektronowego Badania skutterudytów f-elektronowych mają również aplikacyjny charakter wynikający z ich perspektywicznych własności termoelektrycznych. Materiały te, z uwagi na jednoczesne występowanie ruchu rattlingowego i silnych korelacji elektronowych są szczególnie predysponowane do realizacji nowatorskiej koncepcji: szkło fononowe – kryształ elektronowy. Niestety, jak dotąd, żaden ze znanych związków MT4As12 nie wykazuje zadowalających parametrów termoelektrycznych. Z drugiej strony, ostatnie doniesienia literaturowe wskazują na znaczne polepszenie własności termoelektrycznych skutterudytów w T < 700 K, gdyż stopniowo wypełniając dwudziestościany foremne różnymi atomami (Ba, La i Yb) można jednocześnie modyfikować najważniejsze parametry termoelektryczne.

Głównym celem naukowym wnioskowanego projektu jest zbadanie wpływu, jaki wywiera matryca arsenowa T4As12 na niskotemperaturowe własności gazu elektronowego W dobie permanentnego niedofinansowania nauki polskiej, realizacja nowatorskich zadań badawczych musi opierać się na innych niż statutowe źródłach finansowania. Dotyczy to w szczególności wytworzenia nowych, unikatowych w skali światowej i niedostępnych komercyjnie stanowisk badawczych w oparciu wysoko wyspecjalizowane przyrządy pomiarowe. Zadanie nr 1 p.t. „Wytworzenie stanowiska badawczego do pomiaru siły termoelektrycznej w zakresie temperatur 0.03-4.2 K i w polach magnetycznych do 7 T” jest najbardziej czasochłonnym i kosztownym spośród wszystkich 19 zadań szczegółowych. Fakt, że tego typu pomiary wykonuje się tylko w kilku renomowanych laboratoriach niskotemperaturowych na świecie świadczy dobitnie o skali trudności zadania 1. Należy podkreślić, że znajomość wpływu pola magnetycznego na niskotemperaturową zależność siły termoelektrycznej pozwoli odkryć nieznane dotąd efekty zachowań emergentnych w pobliżu temperatury zera absolutnego.

Głównym celem naukowym wnioskowanego projektu jest zbadanie wpływu, jaki wywiera matryca arsenowa T4As12 na niskotemperaturowe własności gazu elektronowego Efektem końcowym wnioskowanego projektu badawczego będzie otrzymanie, nierzadko po raz pierwszy na świecie, nowych skutterudytów arsenowych. Wysokiej jakości próbki monokrystaliczne umożliwią dokładne i wszechstronne określenie zarówno stanu podstawowego, ze szczególnym uwzględnieniem własności anizotopowych indukowanych zewnętrznym polem magnetycznym, jak i własności termoelektrycznych nowo otrzymanych związków typu MT4As12. Drugim elementem wyróżniającym przedłożony projekt są pogłębione badania wyselekcjonowanych wypełnionych skutterudytów arsenowych. W obu przypadkach spodziewany wpływ badań na naukę będzie znaczący – do takiej oceny upoważnia olbrzymi stopień zainteresowania z jakim w świecie spotykają się interdyscyplinarne badania skutterudytów fosforowych i antymonowych. Planuje się upowszechnienie otrzymanych wyników przede wszystkim w formie kilkunastu publikacji naukowych w renomowanych czasopismach naukowych o zasięgu światowym oraz szeregu prezentacji na międzynarodowych konferencjach naukowych. Warto dodać, że uzyskane wyniki będą stanowiły istotną część jednej pracy doktorskiej oraz złożą się na dwie prace magisterskie i program kilku praktyk studenckich. Bardzo istotnym i wymiernym wynikiem realizacji projektu będzie nowo wytworzone stanowisko badawcze do pomiaru siły termoelektrycznej w warunkach ekstremalnych, tzn. w zakresie temperatur 0.03 – 4.2 K i w polach magnetycznych do 7 T.

Publikacje