Moderní témata ve fyzice kondenzovaných látek • fundamentální problémy chování hmoty, rozmanitost a překvapivé objevy s frekvencí typicky ne menší než 3.210-8 s-1 • aplikace, zejména informační a komunikační technologie, polovodiče („čipy“) Moderní témata ve fyzice kondenzovaných látek • fundamentální problémy chování hmoty, rozmanitost a překvapivé objevy s frekvencí typicky ne menší než 1/rok • aplikace, zejména informační a komunikační technologie, polovodiče („čipy“) Obsah této části „Moderních témat“: • Frekvence Nobelových cen (NP) za fyziku kondenzovaných látek • Vizualizace až do atomárních rozměrů – STM, AFM (NP 1986) • Ukázka nízkorozměrných polovodičových struktur (několik NP, zejména 1985 – kvantový HE) • Magnetorezistence v kovových nanostrukturách (NP 2007) • Grafén (NP 2011) Ukončení kursu: výběr tématu (po dohodě s některým s přednášejících) pro písemné zpracování, odevzdat do konce zkouškového období . http://nobelprize.org/physics/laureates/index.html 2018 Ashkin, Mourou, Strickland (laserová fyzika, generace intenzivních ultrakrátkých pulsů) 2016 Thouless, Haldane, Kosterlitz (topologické fázové přechody a topologické fáze hmoty) 2014 Akasaki, Amano, Nakamura (modré-UV světlo z polovodičových LED) 2011 Andre Geim, Konstantin Novoselov (grafén) 2009 Charles K. Kao (optická vlákna), W.S. Boyle, G.E. Smith (CCD) 2007 Albert Fert, Peter Gruenberg – objev Gigantické magnetorezistence 2003 Alexei A. Abrikosov, Vitaly L. Ginzburg, Anthony J. Leggett – teorie supravodivosti a supratekutosti 2001 Eric A. Cornell, Wolfgang Ketterle, Carl E. Wieman – Boze-Einsteinova kondenzace 2000 Zhores I. Alferov, Herbert Kroemer, Jack S. Kilby – základy komunikačních a informačních technologií 1998 Robert B. Laughlin, Horst L. Störmer, Daniel C. Tsui – objev kvantové kapaliny se zlomkově nabitými excitacemi 1996 David M. Lee, Douglas D. Osheroff, Robert C. Richardson – objev supratekutosti v He3 1994 Bertram N. Brockhouse, Clifford G. Shull – pionýrský příspěvek k metodám neutronového rozptylu v kond. l. 1991 Pierre-Gilles de Gennes – metody popisu kapalných krystalů a polymerů 1987 J. Georg Bednorz, K. Alex Müller – objev vysokoteplotní supravodivosti 1986 Ernst Ruska, Gerd Binnig, Heinrich Rohrer – elektronový mikroskop, STM 1985 Klaus von Klitzing - kvantový Hallův jev připomínka historie: 2014 – mezinárodní rok krystalografie 1914 Max von Laue – rtg difrakce na krystalech 1915 W.H. Bragg & W.L. Bragg, dtto Makroskopické, mikroskopické, nanometrové rozměry 1 m = 103 mm = 106 mm = 109 nm -------------------- = 1012 pm = 1015 fm Periodická tabulka: struktura elektronového obalu dána protonovým číslem STM – „Scanning Tunneling Microscope“ Click on banner to return to Nobel Prize Internet Archive homepage GERD BINNIG and HEINRICH ROHRER 1986 Nobel Laureates in Physics for their design of the scanning tunneling microscope. Background GERD BINNIG, 1947-1988 Residence: Federal Republic of Germany Affiliation: IBM Zürich Research Laboratory, Rüschlikon, Switzerland HEINRICH ROHRER, born: 1933 Residence: Switzerland Affiliation: IBM Zürich Research Laboratory, Rüschlikon, Switzerland STM – „Scanning Tunneling Microscope“ STM: povrchová rekonstrukce PtNi (černě: segregovaný C) AFM – „Atomic Force Microscope“ SPM AFM: 671C (3xInAs/GaAs QD) MBE SiGe/Si Manipulace: IBM Almaden D.M. Eigler and E.K. Schweizer, Positioning single atoms with a scanning tunneling microscope, Nature 344, 524 (1990) STM: 4K, Cu(111) + 48 atomů Fe, průměr kroužku 14.3 nm Crommie et. at., IBM Almaden Research Center InAs/InP Quantum Wires (L. Samuelson, Univ. Lund) GaAs Wires (L. Samuelson, Univ. Lund) GaP nanotrees (L. Samuelson, Univ. Lund) InAs/InP Quantum Wires (L. Samuelson, Univ. Lund) Kvantové tečky InAs/GaAs (MOVPE FzÚ AV ČR Praha, ÚFKL PřF MU Brno) TEM: 7 vstev, spacer 7.5 nm, vertikální korelace Kvantové tečky InAs/GaAs (ÚFKL PřF MU Brno) „confining potential“, osa tečky -10 -5 0 5 10 0 500 1000 1500 heavy holes light holes electrons InAs GaAs Energy(meV) z (nm) GaAs unstrained bulk Kvantové tečky InAs/GaAs (ÚFKL PřF MU Brno) „confining potential“ v ploše Kvantové tečky InAs/GaAs snaha o dosažení emise s vlnovou délkou 1.3 a 1.55 mm 2 3 4 5 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 height 10 12.5 20 15 ES(eV) height (nm) radius (nm) 40 1 3 7 3 5 7 spacer 7,5 nm spacer 3.7 nm 1.3 mm 1.55 mm Známý (slabý) vliv magnetického pole na vedení proudu Lord Kelvin, 1856 Překvapení roku 1988 „Gigantická magnetorezistence“ (GMR) v kovových multivrstvách Překvapení roku 1988 „Gigantická magnetorezistence“ (GMR) v kovových multivrstvách P. Gruenberg (Juelich): Fe/Cr/Fe A. Fert (Paris Sud): (Fe/Cr)n n ~ 60 Překvapení roku 1988 „Gigantická magnetorezistence“ (GMR) v kovových multivrstvách Spinová polarizace v přechodových kovech nemagnetický magnetický stav Nanotechnologie – růst kovových supermřížek Nemagnetická vrstva – vazba mezi magnetickými vrstvami „Giant MagnetoResistance“ (GMR) – zvětšení proudu v magnetickém poli (paralelní magnetizace v dolní části obrázku) „Náhradní schéma“ – různý příspěvek pohybu elektronů s opačnými spiny „TMR“ – magnetorezistivita ve struktuře s tunelovací vrstvou Fe/MgO/Fe: DR/R ~ 0.5 při pokojové teplotě Aplikace: magnetorezistivní hlavy v HD Aplikace (?): magnetorezistivní paměť MRAM PRL 61, 2472 (1988): PRL 61, 2472 (1988): PRL 61, 2472 (1988): PRB 39, 4828 (1989): PRB 39, 4828 (1989): PRB 39, 4828 (1989): PRB 39, 4828 (1989): C:diamant a grafit grafén grafén Web of Science, “graphene” 1.10.2020 ... 234509 záznamů ; Citation Report feature not available 16.9.2019 ... 195139 záznamů ; Citation Report feature not available 18.9.2018 ... 160097 záznamů ; Citation Report feature not available 18.9.2017 ... 123080 záznamů ; Citation Report feature not available 24.9.2015 ... 69467, polovina roku 2009: grafit: spektroskopie STM grafit: spektroskopie STM grafit: spektroskopie STM, hrot Pt-Ir, mechanicky seříznutý grafit: spektroskopie STM, hrot Pt-Ir, mechanicky seříznutý grafit: spektroskopie STM, oddělené šupinky v magnet. poli témata: • STM/AFM (princip, zajímavé obrázky) • grafén (příprava vzorků, vlastnosti) wikipedia, ...