Badanie własności elektronowych układów grafenowych umieszczonych na podłożach charakteryzujących się przerwą energetyczną

Grafen jest formą alotropową węgla, mogącego występować w rozmaitych postaciach, różniących się własnościami fizycznymi i aktywnością chemiczną. Grafen jest unikalnym materiałem, z uwagi na swoją specyficzną strukturę elektronową, która powoduje, że nośniki ładunku elektrycznego mogą przemieszczać się w nim z bardzo dużymi prędkościami. Stanowi on przedmiot badań o charakterze zarówno aplikacyjnym, jak i czysto poznawczym.

W literaturze naukowej znaleźć można wiele sprzecznych doniesień co do własności fizycznych grafenu, dlatego niezbędne są dalsze badania podstawowe nad jego strukturą elektronową i zrozumienie mechanizmów rządzących ruchem nośników ładunku. Istniejące problemy badawcze wynikają z braku uwzględnienia wpływu podłoża, na którym osadzony jest grafen oraz metalicznych elektrod na strukturę elektronową tego materiału.

Fot. 1. Dr Paweł Dąbrowski podczas pracy z wykorzystaniem systemu Multiprobe P pracującego w środowisku UHV (ultra wysokiej próżni). Zdjęcia wykonane w laboratorium STM/AFM Wydziału Fizyki i Informatyki Stosowanej Uniwersytetu Łódzkiego

W 2006 roku za namową i pod opieką prof. Zbigniewa Kluska z Wydziału Fizyki i Informatyki Stosowanej Uniwersytetu Łódzkiego rozpocząłem badania układów grafen/metal. Uzyskane rezultaty stanowiły podstawę mojej rozprawy doktorskiej zatytułowanej „Badania struktury elektronowej grafenu metodami mikroskopii bliskich oddziaływań” i zostały opublikowane w czasopismach z listy filadelfijskiej. W trakcie realizacji doktoratu okazało się, że poza oddziaływaniem grafenu z podłożem metalicznym również inne czynniki mogą wpływać na jego własności. Uzyskiwane wyniki zależą w dużym stopniu od procedury wytwarzania grafenu oraz sposobów jego oczyszczania. Ponadto, wciąż pojawiało się wiele sprzecznych opinii związanych z określeniem wpływu pofałdowań powierzchni grafenu na strukturę elektronową oraz stabilność warstw grafenowych.Czynniki te spowodowały, że postanowiłem w ramach stażu podoktorskiego rozszerzyć wyniki wcześniejszych badań o układy zawierające warstwy grafenowe umieszczone na podłożach charakteryzujących się przerwą energetyczną i zróżnicowaną chropowatością.

Nawiązanie współpracy z Instytutem Technologii Materiałów Elektronicznych (ITME) w Warszawie, a w szczególności z grupą dra Włodzimierza Strupińskiego oraz opiekuna mojego stażu prof. Jacka Baranowskiego, umożliwi mi wytworzenie oraz zbadanie wysokiej jakości warstw grafenowych na odpowiednio przygotowanych podłożach. Uzyskane fundusze umożliwią mi także wykonanie w ramach projektu unikalnych badań, których wyniki zostaną opublikowane i zaprezentowane na arenie zarówno krajowej, jak i międzynarodowej oraz przyczynią się do pogłębienia wiedzy o zachowaniu się nośników ładunku w tak niezwykłym materiale, jakim jest grafen. Ponadto, uzyskane rezultaty w przyszłości mogą stanowić bazę do dalszych badań o charakterze aplikacyjnym.

Dr Paweł Dąbrowski

W 2011 ukończył studium doktoranckie i otrzymał tytuł naukowy doktora fizyki na Wydziale Fizyki i Informatyki Stosowanej Uniwersytetu Łódzkiego. W pracy badawczej wykorzystuje on najnowocześniejsze urządzenia badawcze takie jak skaningowy mikroskop tunelowy (STM), mikroskop sił atomowych (AFM), pracujące w środowisku ultra wysokiej próżni (UHV), których wyniki wspiera modelowaniem z wykorzystaniem teorii funkcjonału gęstości (DFT). Zainteresowania naukowe dra Pawła Dąbrowskiego dotyczą nanotechnologii, a w szczególności struktury elektronowej i sposobów kontrolowanej lokalnej modyfikacji własności elektronowych materiałów zawierających węgiel, takich jak grafen, molekuły i nanorurki węglowe.

Data publikacji: 28.08.2012