Opiekun naukowy:

prof. dr hab. Bogdan Bułka

Orientacyjny tytuł rozprawy doktorskiej

Wpływ symetrii na korelacje elektronowe i transport przez nanostruktury.

Prowadzenie studiów teoretycznych struktury elektronowej, w tym stanów wielospinowych, w nanostrukturach o różnej symetrii i ich roli w transporcie ładunku i spinu. W badaniach uwzględnione będą różne oddziaływania między elektronami, także oddziaływanie spinowo orbitalne, na formowanie się stanów wieloelektronowych o różnej konfiguracji spinów. Badania te mają związek ze spintroniką, tzn. z najnowszą dziedziną poszukującą nowych rozwiązań wykorzystujących moment magnetyczny elektronu dla elektroniki. Doktorant będzie uczestniczył także w pracach badawczych i szkoleniach w ramach projektu europejskiego Marie Curie Initial Training Network - Nanoelectronics: Concepts, Theory and Modelling.

Opiekun naukowy:

doc. dr hab. Piotr Stefański

Orientacyjny tytuł rozprawy doktorskiej

Elektryczna kontrola ładunku i spinu w półprzewodnikowej kropce kwantowej.

Tematyka pracy będzie obejmować kwantowy transport, interferencje i korelacje elektronowe w układach mezoskopowych. W ramach badań dotyczących realizacji pracy doktorskiej będą wykonywane obliczenia kwantowego transportu elektronowego dla modelowych układów  kropek kwantowych i nanokontaktów. Obliczenia będą przeprowadzanie głównie w oparciu o formalizm funkcji Greena, również dla sytuacji nierównowagowych. W rozważaniach będą uwzględniane oddziaływania elektronowe w różnych przybliżeniach (blokada kulombowska, efekt Kondo). Badaniom będzie również podlegała ewolucja fazy fali elektronowej trawersującej badany układ (w różnych geometriach) oraz kwantowa interferencja.  Będzie uwzględniony również wpływ oddziaływań relatywistycznych na spin elektronu, wynikający z asymetrii heterostruktury półprzewodnikowej. Rozwiązania modeli kropek kwantowych wymagają odpowiedniej implementacji numerycznej i obliczeń samozgodnych.

Opiekun naukowy:

doc. dr hab. Maria Zdanowska-Frączek

Orientacyjny tytuł rozprawy doktorskiej

Wpływ ciśnienia na nieliniowy charakter przewodnictwa protonowego.

Kryształy o dużym przewodnictwie protonowym są przedmiotem intensywnych badań w wielu ośrodkach na świecie. Wysiłek badaczy skupia się na syntezie nowych materiałów oraz badaniu ich podstawowych własności fizyko-chemicznych, czego rezultatem jest bogata literatura przedmiotu. Przyczyny tak znacznego zainteresowania tymi materiałami tkwią w dużych możliwościach zastosowania ich w różnych urządzeniach elektrochemicznych, a w szczególności w ogniwach paliwowych, które jawią się jako atrakcyjna alternatywa dla źródeł energii wykorzystujących paliwa kopalne. Materiały te są bardzo atrakcyjne również z punktu widzenia badań podstawowych, stanowiąc bazę fundamentalnego problemu jakim jest mikroskopowy mechanizm przewodnictwa protonowego w kryształach.

Z literatury wiadomo, że mechanizm transportu protonowego w kwasach stałych może być opisany ładunkową falą solitonową. Dla eksperymentalnej weryfikacji tej hipotezy kluczowe będzie przeprowadzenie badań przewodnictwa w szerokim zakresie ciśnień dla wybranych modelowych układów molekularnych. Nowością jest zastosowanie wysokiego ciśnienia jako zaburzenia procesu makroskopowego przewodnictwa materiału obserwowanego w funkcji czasu przy ustalonych warunkach termodynamicznych (T=const., p=consts.).

W ramach pracy doktorskiej, przewiduje się wykonanie precyzyjnych badań przewodnictwa elektrycznego wybranych materiałów zarówno monokryształów, jak i próbek proszkowych w warunkach ekstremalnych (wysoka temperatura, wysokie ciśnienie) wraz z kompleksową analizą roli efektów nieliniowych w zjawisku przewodnictwa protonowego kwasów stałych. Badania przewodnictwa elektrycznego, wykonane zostaną metodą spektroskopii impedancyjnej. IFM PAN dysponuje unikalnym stanowiskiem do badań elektrycznych własności materiałów w szerokim zakresie temperatur, ciśnień i częstości.

Przedmiotem badań będą kryształy o stechiometrii M_xH_y(AO₄)_z, o różnych kationach M (Cs, NH_4, betaina), w których charakterystycznym motywem strukturalnym są trimery grup SeO₄ oraz quasi-jednowymiarowe łańcuchy grup PO₄ i AsO₄, połączone wiązaniami wodorowymi. Przewiduje się również zbadanie kompleksów kwasów dikarboksylowych z molekułami heterocyklicznymi (imidazolem, triazolem), tworzących krystaliczne struktury warstwowe z siecią wiązań wodorowych w warstwach, w których przewodnictwo protonowe odbywa się dzięki szczególnym donorowo-akceptorowych własnościom molekuł heterocyklicznych. Jest to nowa, niezwykle interesująca grupa materiałów będąca w fazie intensywnych badań. Przy wyborze materiałów do badań kierowano się ich strukturą, konfiguracją wiązań wodorowych oraz zależnościami przewodnictwa elektrycznego od temperatury. Proponowany temat pracy doktorskiej wpisuje się w szeroki nurt badań teorii transportu

Opiekun naukowy:

doc. dr hab. Stanisław Lipiński

Orientacyjny tytuł rozprawy doktorskiej

Wpływ zaburzeń łamiących symetrię na efekt Kondo w grafenie.

Proponowane badania stanowią część dynamicznie rozwijającej się dziedziny – elektroniki spinowej (spintroniki). Badania te stymulowane są możliwościami praktycznego wykorzystania efektów zależnych od spinu w elementach pamięci, głowicach twardych dysków i komputerach kwantowych.
Tematyka pracy doktorskiej dotyczyć będzie opisu transportu w niedawno odkrytej nowej alotropowej formie węgla - grafenie. Ta pojedyncza warstwa atomów węgla ma unikalne własności elektryczne i mechaniczne i prognozuje się, że wkrótce zastąpi ona krzem w nanoelektronice. W ramach badań podjęty zostanie problem wzajemnego wpływu na transport silnych oddziaływań i efektów interferencyjnych. Głównym zadaniem będzie modelowanie transportu w zakresie wystąpienia wielociałowego rezonansu Kondo. Mikroskopia sił atomowych umożliwia osadzanie atomów na powierzchni grafenu w dowolnych położeniach, a mikroskopia skaningowa umożliwia badanie lokalnych własności transportowych. Celem pracy będzie analiza współzawodnictwa między porządkiem magnetycznym a tworzeniem singletu Kondo dla różnych położeń domieszek, zmieniającej się ilości nośników, różnej geometrii pasków grafenowych oraz wpływu zaburzeń zewnętrznych takich jak pole magnetyczne lub polaryzacja elektrod.
Kandydat powinien posiadać ogólną wiedzę z fizyki ciała stałego i mechaniki kwantowej. W ramach studiów nauczy się metod teoretycznego opisu układów kwantowych z silnym oddziaływaniem i udoskonali umiejętności programowania w Mathematice, języku C++ lub Fortranie.

Opiekun naukowy:

doc. dr hab. Arkadiusz Brańka

Orientacyjny tytuł rozprawy doktorskiej

Własności reologiczne wybranych modeli cieczy złożonych w ograniczających przestrzennie warunkach brzegowych.

Proponowana tematyka pracy doktoranta dotyczyć będzie badań, metodami symulacji komputerowych, własności fizycznych (strukturalnych, reologicznych, transportowych) modelowych układów cząsteczek miękkiej materii (zawiesin  nano- i mikrocząsteczek: protein, mikrozeli) w zmiennych warunkach zewnętrznych( temperatury, ciśnienia, stężenia).

Opiekun naukowy:

doc. dr hab. Tomasz Toliński

Orientacyjny tytuł rozprawy doktorskiej

Efekt Kondo, fluktuująca walencyjność i stan szkła spinowego w wybranych związkach na bazie ceru.

Tematyka pracy obejmuje zagadnienia znajdujące się w centrum zainteresowania licznych laboratoriów na całym świecie i dotyczy badania właściwości termodynamicznych, transportowych i magnetycznych związków wykazujących efekt Kondo i mieszaną walencyjność; Celem pracy jest zbadanie mechanizmów decydujących o występowaniu własności charakterystycznych dla sieci Kondo, związków z fluktuującą walencyjnością i szkieł spinowych. Niektóre z tych efektów wiążą się z obecnością tzw. kwantowego punktu krytycznego w badanych związkach. Pomiary wykonywane będą na najnowszej aparaturze firmy Quantum Design. Praca obejmuje udział w eksperymentach przeprowadzanych w instytutach zagranicznych.

Opiekun naukowy:

prof. dr hab. Roman Świetlik

Orientacyjny tytuł rozprawy doktorskiej

Badania cienkich warstw i nanostruktur  molekularnych przy pomocy spektroskopii w podczerwieni i Ramana.

Krystaliczne przewodniki i nadprzewodniki organiczne są bardzo atrakcyjnymi obiektami badań z punktu widzenia badań podstawowych (niskowymiarowość, korelacje elektronowe, sprzężenia elektron-fonon), a także ze względu na potencjalne możliwościami zastosowań w elektronice molekularnej, a ostatnio również w spintronice molekularnej. W celu praktycznego wykorzystania wytwarza się z tych materiałów cienkie warstwy lub nanostruktury. Spektroskopia w podczerwieni i Ramana są znakomitymi technikami eksperymentalnymi do badań procesów elektronowych zachodzących w takich strukturach molekularnych. W widmach IR występują pasma elektronowe związane z przeniesieniem ładunku oraz pasma oscylacyjne będące przejawem sprzężeń elektronów z drganiami wewnętrznymi molekuł. Dzięki analizie pasm elektronowych IR możemy opisać strukturę elektronową materiału. Z drugiej strony widma Ramana pozwalają na określenie średnią gęstość ładunku na molekułach i ich ewentualnych zmian spowodowanych przemianami fazowymi. Podstawowym zadaniem doktoranta będą badania widm w podczerwieni i Ramana w funkcji temperatury (T= 10 - 300 K).  

Opiekun naukowy:

dr hab. Bartłomiej Andrzejewski

Orientacyjny tytuł rozprawy doktorskiej

Efekty rozmiarowe w nanocząstkach multiferroików.

Proponowana tematyka dotyczyć będzie efektu rozmiarowego oraz korelacji pomiędzy rozmiarem multiferroika a wykazywanymi przez niego właściwościami fizycznymi. Pochodzenie efektu rozmiarowego związane jest z wpływem powierzchni multiferroika na jego własności oraz strukturę. Właśnie z powodu małych rozmiarów nanocząstki wykazują prawie idealną strukturę krystalograficzną, a ich właściwości silnie różnią się od multiferroików o rozmiarach makroskopowych. Znaczenie efektu rozmiarowego zbadane zostanie, między innymi na przykładzie układów takich jak:

-       antyferromagnetyczny ferroelektryk BiFeO₃, który w postaci makroskopowej wykazuje znacznie gorsze własności niż, gdy występuje on w postaci nanoskopowej. Dlatego też zasadne jest zbadanie własności multiferroika BiFeO₃ w postaci nanocząstek;

-       magnetyt Fe₃O₄, który staje się ferrimagnetycznym ferroelektrykiem tylko w przypadku cienkich warstw, gdy jego rozmiary są silnie zredukowane. Nie są natomiast znane multiferroiczne własności Fe₃O₄ w postaci nanocząstek.

Opiekun naukowy:

doc. dr hab. Jan Martinek

Orientacyjny tytuł rozprawy doktorskiej

Badanie transportu spinowo zależnego w pojedynczych molekułach.

Tematyka pracy doktorskiej będzie dotyczyć transportu elektrycznego w układach mezoskopowych, oraz nanoelektroniki i spintroniki molekularnej. W ramach studiów prowadzone będą teoretyczne modelowana, badania transportu elektrycznego oraz własności magnetycznych pojedynczych magnetycznych molekuł, a także analiza możliwości przełączania stanów magnetycznych molekuły spinowo spolaryzowanym prądem elektrycznym generowanym i kontrolowanym przez ferromagnetyczne elektrody. Magnetyczne molekuły ze względu na dużą energię anizotropii w najniższych temperaturach posiadają trwale zorientowany moment magnetyczny i mogą być traktowane jako najmniejsze możliwe magnesy. Mogą one znaleźć zastosowanie w budowie ultra gęstych pamięci magnetycznych, których stan może być odczytywany przy pomocy prądu elektrycznego. Modelowanie transportu będzie próbą opisu wyników najnowszych eksperymentów przeprowadzonych w dwóch wiodących nanotechnologicznych laboratoriach Uniwersytetu Cornell (USA) i Politechniki z Delft (Holandia), gdzie w latach ubiegłych po raz pierwszy udało się podłączyć metaliczne elektrody do pojedynczych molekuł magnetycznych i zmierzyć charakterystyki tunelowego prądu elektrycznego.

W ramach studiów uczestnik pozna podstawy teoretycznego modelowania transportu elektrycznego w układach nanoskopowych z silnym oddziaływaniem kulombowskim (równanie master, technika nierównowagowych funkcji Greena, techniki diagramowe), a także programowanie w środowisku Mathematica, C++, Fortran itd.

Opiekun naukowy:

doc. dr hab. Jan Martinek

Orientacyjny tytuł rozprawy doktorskiej

Nadciekłość spinowa w układach hybrydowych nadprzewodnik-ferromagnetyk.

Tematyka pracy doktorskiej będzie obejmować badania i analizy teoretyczne dotyczące nadprzewodzącego oraz spinowo spolaryzowanego transportu elektrycznego w układach hybrydowych zawierających materiały ferromagnetyczne oraz nadprzewodzące, a także w kropkach kwantowych i pojedynczych molekułach połączonych z nadprzewodzącymi i ferromagnetycznymi elektrodami. W szczególności będą prowadzone prace badawcze nad współwystępowaniem i wzajemnym oddziaływaniem różnych kwantowych kolektywnych zjawisk elektronowych takich jak efekt Kondo, wzbudzenia magononowe, ferromagnetyzm czy nadprzewodnictwo i ich konsekwencji dla własności układu.

W ramach studiów uczestnik pozna podstawy teoretycznego modelowania transportu elektrycznego w układach nanoskopowych będących w częściowo w stanie nadprzewodzącym (równanie master, technika funkcji Greena w formalizmie Matsubary, równanie Bogoliubova-de Gennes'a, techniki diagramowe), a także programowanie w środowisku Mathematica, C++, Fortran itd.