| Tytuł: | Oddziaływanie kulombowskie w układach dwuwarstwowych 2D: w kierunku niestabilności dwustrumieniowej dla emisji THz |
| Kierownik projektu: | Adil Rehman |
| Laboratorium: | Laboratorium Krystalizacji (NL-3) |
| Nazwa konkursu, programu: | MINIATURA |
| Numer projektu: | 2024/08/X/ST7/01333 |
| Data realizacji: | 09.12.2024 08.12.2025 |
| Podmiot realizujący: | Instytut Wysokich Ciśnień Polskiej Akademii Nauk |
| Typ realizacji projektu: | Projekt realizowany samodzielnie |
| Przyznane środki ogółem: | 49 999 zł |
| Przyznane środki dla podmiotu: | 49 999 zł |
| Instytucja finansująca: | Narodowe Centrum Nauki |
Opis projektu
| Projekt ma na celu zbadanie oddziaływania nośników ładunku Coulomba (CCI) w układach grafen-grafen i grafen-AlGaN/GaN poprzez pomiary prądu stałego i szumu. Szczególny nacisk zostanie położony na silne oddziaływanie Coulomba z tunelowaniem pomijalnych nośników. Badanie i zrozumienie CCI w dwuwarstwowym dwuwymiarowym (2D) układzie oddzielonym cienką warstwą dielektryczną utoruje drogę innowacyjnym źródłom promieniowania terahercowego (THz). Wyniki badania zostaną wykorzystane jako wstępne wyniki dla przyszłego projektu, w którym innowacyjny projekt urządzeń THz zostanie zaproponowany w oparciu o oddziaływanie nośników ładunku w dwuwarstwowych układach składających się z dwóch niezależnych warstw 2D. Układy dwuwarstwowe składające się z dwóch niezależnych dwuwymiarowych warstw nośników ładunku w bliskim sąsiedztwie zapewniają fascynującą platformę do weryfikacji teoretycznego przewidywania niestabilności elektronicznej Kelvina-Helmholtza, która może być wykorzystana do projektowania innowacyjnych urządzeń THz. Atomowo cienka natura grafenu umożliwia tworzenie takich struktur. Ponadto, ultrawysoka ruchliwość i ambipolarne właściwości transportu sprawiają, że grafen jest idealnym układem do takich badań. Podobnie, AlGaN/GaN wykazuje wysoką ruchliwość elektronów i może być wykorzystany do eksploracji CCI. Jednym z ważnych zjawisk w dwóch blisko rozmieszczonych dwuwymiarowych układach elektronowych jest oddziaływanie Coulomba między nośnikami ładunku w tych dwóch warstwach. W szczególności, pęd netto jest przenoszony w warstwie przeciągania (lub warstwie pasywnej) ze względu na prąd płynący w warstwie napędzanej (warstwie aktywnej). Gdy prąd przepływa w różnych kierunkach w tych warstwach, powinna pojawić się niestabilność o wysokiej częstotliwości. Nasze wstępne wyniki pomiarów na dwuwarstwowym systemie 2D składającym się z AlGaN/GaN i grafenu (wytworzonego metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD)) ujawniły kulombowski CCI między dwiema warstwami. Chociaż oddziaływanie było słabe, międzywarstwowy CCI można wzmocnić, przechodząc na wysoce ruchliwą próbkę złuszczonego grafenu i zmniejszając odległość między warstwami. To kulombowskie oddziaływanie między gęsto rozmieszczonymi przewodzącymi warstwami powinno indukować turbulencje i oscylacje, a takie zjawiska można by wykorzystać do generowania promieniowania THz. Cele: • Badanie oddziaływania Coulomba poprzez pomiary DC i szumu w dwuwarstwowych układach 2D składających się z grafenu i heterostruktur AlGaN/GaN. • Wzmocnienie CCI poprzez zastosowanie płatków grafenu o wysokiej ruchliwości i cienkiej warstwy dielektrycznej. • Ustalenie najlepszych warunków technologicznych i elektrycznych w celu wzmocnienia oddziaływań między dwoma układami 2D. • Poszukiwanie optymalnych projektów w celu wywołania niestabilności dwustrumieniowej w dwuwarstwowych układach 2D w celu generowania promieniowania elektromagnetycznego w paśmie częstotliwości THz. Metodologia • Zaprojektowane i wytworzone zostaną dwuwarstwowe układy 2D na bazie grafenu o wysokiej ruchliwości i AlGaN/GaN. • Niezależne styki zostaną wytworzone dla poszczególnych warstw w celu szczegółowej charakterystyki. • Przeprowadzone zostaną kompleksowe pomiary DC i szumu w celu oceny jakości wytworzonych urządzeń i zrozumienia fizyki oddziaływania Coulomba. • Zmierzone dane zostaną przeanalizowane, a najlepsza możliwa próbka zostanie wybrana do wstępnego eksperymentu. Hipoteza • Wysoka ruchliwość grafenu wzmacnia międzywarstwowy CCI w gęsto rozmieszczonym dwuwarstwowym systemie 2D. • Pomiary DC i szumu dostarczają wglądu w interakcje międzywarstwowe. • Gęsto rozmieszczony dwuwarstwowy system 2D może być wyborem dla generacji THz. Oczekiwane wyniki • Wybrana zostanie optymalna konfiguracja urządzenia w celu zbadania niestabilności dwustrumieniowej. • Zostaną ustalone najlepsze możliwe warunki technologiczne i eksperymentalne w celu przeprowadzenia wstępnego eksperymentu dla emisji THz. Znaczenie projektu Projekt dostarczy wglądu w dynamikę CCI w dwuwarstwowym systemie 2D i ustanowi solidny filar do rozwoju nowej klasy urządzeń THz opartych na dwustrumieniowej niestabilności Kelvina-Helmholtza w dwóch oddziaływujących układach elektronicznych |