Temat: Fizyka ultra-niskich temperatur

Opiekun: Prof. dr hab. Tomasz Cichorek

Kontakt: tel.: +48 71 395 4 265, e-mail:

Opis: Zakres między najniższą (–88oC) a najwyższą (+58oC) odnotowaną temperaturą na Ziemi w niewielkim stopniu pokrywa skalę temperatury, która zmienia się od ok. 109 K (temperatura w centrum gwiazdy) do ok. 10-10 K (temperatura do jakiej schłodzono materię skondensowaną w warunkach laboratoryjnych). Ta dolna granica oznacza, że są możliwe eksperymenty w pobliżu zera absolutnego 0 K = –273.15...oC. Przypomnijmy, że najniższa temperatura w przyrodzie to temperatura Wszechświata wynosząca 2.73 K. Innymi słowy, fizyka niskich temperatur jest jedną z niewielu dziedzin nauki, w której ludzkość prześcignęła naturę o wiele rzędów wielkości. Bardzo szeroki zakres temperatur dostępnych eksperymentalnie sprawił, że temperatura jest jednym z najważniejszych parametrów, którymi dysponujemy w celu zmiany własności materii, w celu jej lepszego zrozumienia oraz praktycznego wykorzystania.

Układy silnie skorelowanych elektronów należą do najbardziej intrygujących i wszechstronnych materiałów jakie kiedykolwiek uzyskano w laboratorium naukowym. Fizyka materiałów o silnych korelacjach elektronowych jest nie tylko niezwykle bogata, ale również skomplikowana i nie może być zrozumiana na gruncie obecnych teorii metali i izolatorów. W materiałach skorelowanych ładunkowe, spinowe, orbitalne, a także strukturalne stopnie swobody skutkują konkurencyjnymi lub/i kooperatywnymi oddziaływaniami. Prowadzi to do przejść fazowych oraz powstawania egzotycznych stanów, których zrozumienie stanowi jedno z największych wyzwań współczesnej fizyki. Eksperymentalne badania w niskich temperaturach odgrywają kluczową rolę w poznawaniu silnych korelacji elektronowych, które dodatkowo mogą ulegać jakościowej zmianie pod wpływem pola magnetycznego czy wysokich ciśnień. Szczególne znaczenie mają eksperymenty w pobliżu zera absolutnego na wysokiej jakości próbkach monokrystalicznych, gdyż tylko w takich warunkach efekty kwantowe i relatywistyczne, ujawniają się z całą okazałością.

W ramach jedno- lub wielomiesięcznych praktyk studenckich, eksperymenty określające własności magnetyczne, termodynamiczne i transportowe będą prowadzone w ekstremalnych warunkach: w zakresie ultra-niskich temperatur do 0.01 K i w polach magnetycznych do 16 T (oraz pod ciśnieniem hydrostatycznym do 3 GPa) wykorzystując jedną z trzech chłodziarek rozcieńczalnikowych 3He-4He będących na wyposażeniu w Laboratorium Fizyki Niskich Temperatur INTiBS PAN.