Temat: Stan podstawowy i własności termoelektryczne wypełnionych skutterudytów arsenowych

Opiekun: Prof. dr hab. Tomasz Cichorek (Oddział Magnetyków)

Kontakt: tel. 71 395 4265, e-mail:

Grupa związków znana jako wypełnione skutterudyty MT₄X₁₂ (M jest pierwiastkiem ziemi rzadkiej, aktynowca lub metalu alkalicznego, T to Co, Rh lub Ir, a X jest atomem pniktogenu P, As lub Sb) z uwagi na niezwykłe bogactwo zjawisk silnych korelacji elektronowych, cieszy się olbrzymim zainteresowaniem badaczy z różnych dziedzin fizyki ciała stałego. Warto tu choćby wymienić przejście typu metal-izolator, uporządkowania magnetyczne i kwadrupolowe, konwencjonalne vs. niekonwencjonalne nadprzewodnictwo, a skończywszy na własnościach ciężkofermionowych i obecności magnetycznego lub kwadrupolowego kwantowego punktu krytycznego. Oprócz fascynujących własności stanu podstawowego, zainteresowanie wypełnionymi skutterudytami ma również czysto aplikacyjny charakter: perspektywiczne własności termoelektryczne skutterudytów wynikają z wyjątkowej pozycji krystalograficznej kationu M względem matrycy T₄X₁₂.

W Zakładzie Transportu Elektronowego (Oddział Magnetyków) INTiBS PAN opracowano unikatową technologię uzyskiwania monokryształów wypełnionych skutterudytów opartych na arsenie. Pomimo usilnych starań innych grup badaczy ZTE jest jedynym ośrodkiem na świecie, w którym otrzymuje się tego typu monokryształy. Sytuacja ta umożliwia szybkie i znaczące włączenie się doktoranta/doktorantki w światowy nurt badań wypełnionych skutterudytów. W istocie, dla monokryształów PrOs₄As₁₂ pomiary dyfrakcji neutronów, oporu elektrycznego, ciepła właściwego i magnetyzacji do temperatur 0.08 K i w polach magnetycznych do 16 T, wykazały współistnienie (już w zerowym polu magnetycznym) stanu antyferromagnetycznego i innego (słabo zależnego od pola magnetycznego) uporządkowania, które może być natury kwadrupolowej. Jest bardzo prawdopodobnym, że wśród innych arsenków znajdują się związki o nie mniej intrygujących własnościach stanu podstawowego. Pozwoli to nie tylko na lepsze zrozumienie silnych korelacji elektronowych determinujących własności fizyczne w pobliżu zera bezwzględnego, ale również na prześledzenie wpływu zmian matrycy T₄As₁₂ na termoelektryczne własności wypełnionych sktterudytów.

W ramach pracy doktorskiej planuje się otrzymywanie wysokiej jakości monokryształów wypełnionych skutterudytów arsenowych, wstępną charakterystkę ich własności fizycznych w oparciu o standardowe urządzenia komercyjne oraz szczegółowe badania dla wybranych monokryształów z wykorzystaniem specjalistycznej chłodziarki rozcieńczalnikowej ³He-⁴He (T ³ 0.08 K i B £ 16 T). Badania skutterudytów będą realizowana we współpracy z Uniwersytetem Kalifornijskim w San Diego (USA).