Nowa tematyka badawcza w IWC PAN. Dr hab. Piotr Kruszewski pokieruje projektem OPUS 30+LAP/Weave

Narodowe Centrum Nauki (NCN) ogłosiło 12 listopada br. wyniki prestiżowego konkursu OPUS 30+LAP/Weave, przyznawane po akceptacji przez niemiecką Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), dla projektów realizowanych wspólnie z partnerami z Niemiec. Na liście laureatów znalazło się 18 dwustronnych projektów polsko-niemieckich oraz 3 projekty trójstronne, które obok współpracy z partnerami z Niemiec obejmują udział partnerów z Austrii, Belgii-Flandrii i Czech. Łącznie polskie zespoły otrzymają na ten cel niemal 37 mln zł.

W gronie projektów wybranych do finansowania znalazł się projekt dr hab. Piotra Kruszewskiego z Laboratorium Krystalizacji (NL-3), który wspólnie z dr. Zbigniewem Gałązką z Leibniz-Institut für Kristallzüchtung (IKZ) w Berlinie realizować będzie badania defektów punktowych i ich wpływu na przewodnictwo elektryczne w kryształach β-(AlₓGa₁₋ₓ)₂O₃ wzrastanych metodą Czochralskiego. Oficjalny tytuł projektu brzmi: „Badania defektów i ich wpływu na przewodnictwo elektryczne w kryształach β-(AlₓGa₁₋ₓ)₂O₃ wzrastanych metodą Czochralskiego” (panel ST5).

Głównym celem projektu jest określenie mechanizmów rządzących powstawaniem defektów istotnych dla transportu elektrycznego w objętościowych monokryształach β-(AlₓGa₁₋ₓ)₂O₃, a wśród nich m.in. wyjaśnienie, dlaczego w kryształach domieszkowanych krzemem obserwuje się gwałtowny spadek koncentracji swobodnych elektronów przy wzroście zawartości glinu ([Al]) w zakresie od ok. 15 do 25 % mol. Postawione w projekcie hipotezy badawcze zakładają, że:

• donory krzemowe mogą być kompensowane przez defekty lub zanieczyszczenia, przy czym kompensacja ta wyraźnie wzrasta wraz ze wzrostem [Al];
• donory krzemowe wprowadzone do kryształu o wysokiej zawartości [Al] nie są tak efektywne, jak przewidują to obliczenia teoretyczne;
• spadek przewodnictwa elektrycznego wynika z silnego rozpraszania fononowego w połączeniu z rozpraszaniem na zjonizowanych domieszkach;
• płytkie donory krzemowe przesuwają się wraz ze wzrostem [Al] w kierunku głębokich poziomów donorowych.

Hipotezy te weryfikowane będą w IWC PAN na nowo budowanym stanowisku pomiarowym, dedykowanym m.in. technikom spektroskopii prądowej, które umożliwią badanie aktywnych stanów pułapkowych w kryształach i warstwach półizolujących (semi-insulating), czyli takich, w których klasyczne pomiary pojemnościowe są niewykonalne.

W projekcie uczestniczą również grupy badawcze z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego, gdzie defekty badane będą techniką rezonansu paramagnetycznego (EPR), oraz z Instytutu Chemii i Techniki Jądrowej w Warszawie, gdzie kryształy poddawane będą napromienianiu wysokoenergetycznymi elektronami w celu wytworzenia ściśle określonych defektów punktowych i ich dalszej analizy pod kątem aktywności elektrycznej oraz stabilności termicznej.

Budżet polskiej części projektu wynosi 2 344 300 zł, a czas jego realizacji to 36 miesięcy.