Profil badawczy

11Główna działalność naukowa grupy badawczej Układy Kwantowe i Modelowanie związana jest z modelowaniem układów nano- i makro-skopowych. W obszarze zainteresowań grupy znajdują się nadprzewodniki wysokotemperaturowe na bazie miedzi, stałe fazy wodoru (molekularna i jej metalizacja), materiały ciężkofermionowe, nadprzewodniki organiczne oraz układy nanoskopowe (nanowarstwy, nanodruty, kropki kwantowe, itp.). W ramach prowadzonych obliczeń analizie poddawana jest stabilność niekonwencjonalnych faz, takich jak faza nadprzewodząca i faza nadprzewodnictwa topologicznego, faza z uporządkowaniem ładunkowym, faza typu Fulde-Ferrella-Larkina-Owczynnikowa, koegzystencja nadprzewodnictwa i magnetyzmu, a także faza izolatora Motta i jej transformacja do stanu metalicznego. Szczególny nacisk w badaniach kładziony jest na uwzględnienie korelacji elektronowych stosując metody zrenormalizowanego pola średniego (RMFT), metodę diagramatycznego rozwinięcia funkcji falowej Gutzwillera (DE-GWF), metodę EDABI (Exact Diagonalization Ab Initio Approach), metodę oddziaływania konfiguracji, itp. Wymienione narzędzia pozwalają na wyznaczenie wielkości fizycznych charakteryzujących dany materiał lub układ (np. struktura elektronowa, wartość przerwy nadprzewodzącej, masy efektywnej, prędkości Fermiego, energii kondensacji), a także możliwość weryfikacji otrzymanych wyników z danymi eksperymentalnymi. Grupa bada także zjawiska związane z transportem elektronowym w nanoskopowych strukturach półprzewodnikowych i hybrydach półprzewodnik-nadprzewodnik w kontekście poznania fundamentalnych własności układów, w których badane są egzotyczne kwazicząstki, oraz takich, które mogą zostać wykorzystane w budowie elektroniki nowej generacji.

Kompetencje

  • Konstrukcja nowych oraz zastosowanie istniejących kwantowych modeli fizycznych do opisu niekonwencjonalnych faz zaindukowanych korelacjami elektronowymi w krystalicznych ciałach stałych (modele oparte o Hamiltonian Hubbarda, t-J, t-J-U i pokrewne).
  • Wykorzystanie zaawansowanych technik programistycznych do prowadzenia obliczeń numerycznych o wysokim stopniu złożoności.
  • Obliczenia z zasad pierwszych w oparciu o metodę EDABI (Exact Diagonalization Ab Initio Approach) i jej zastosowanie do układów nano- i makro-skopowych.
  • Obliczenia w oparciu o metodę diagramatycznego rozwinięcia funkcji falowej Gutzwillera (DE-GWF) dedykowane do układów silnie skorelowanych.
  • Obliczenia w oparciu o kwantową, wariacyjną metodę Monte Carlo (VMC) dla układów skorelowanych elektronowo.
  • Obliczenia w oparciu o metodę zrenormalizowanego pola średniego (RMFT) pozwalające na uwzględnienie korelacji elektronowych.
  • Rachunki transportu kwantowego metodą rozwiązywania stacjonarnego równania Schroedingera.
  • Modelowanie nanostruktur półprzewodnikowych i nadprzewodzących metodami dokładnej diagonalizacji.

Kierownik

  • prof. dr. hab. Józef Spałek

Członkowie

  • dr Andrzej Biborski (zespół układów kwantowych)
  • dr hab. inż. Michał Zegrodnik (zespół układów kwantowych)
  • dr hab. inż. Michał Nowak (zespół teorii i modelowania nanostruktur)

Aparatura badawcza

Lista publikacji

2020

  1. Superconducting dome in doped 2D superconductors with broken inversion symmetry P.Wójcik, M.P.Nowak, M.Zegrodnik Physica E 118, 113893 (2020) tekst: https://doi.org/10.1016/j.physe.2019.113893
  2. Valley polarized current and resonant electronic transport in a nonuniform MoS2 zigzag nanoribbon D. Gut, M. Prokop, D. Sticlet, and M. P. Nowak Phys. Rev. B 101, 085425 (2020) tekst: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.101.085425
  3. Scanning gate microscopy mapping of edge current and branched electron flow in a transition metal dichalcogenide nanoribbon and quantum point contact M. Prokop, D. Gut, M. P. Nowak J. Phys.: Condens. Matter 32, 205302 (2020) tekst: https://doi.org/10.1088/1361-648X/ab6f83
  4. Superconducting properties of the hole-doped three-band d−p model studied with minimal-size real-space d-wave pairing operators, A. Biborski, M. Zegrodnik, and J. Spałek, Phys. Rev. B 101, 214504 (2020), tekst: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.101.214504

2019

  1. Superconductivity in the three-band model of cuprates: Variational wave function study and relation to the single-band case, M. Zegrodnik, A. Biborski, M. Fidrysiak, and J. Spałek, Phys. Rev. B 99, 104511 (2019), tekst: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.99.104511
  2. Intersubband pairing induced Fulde-Ferrell phase in metallic nanofilms, P. Wójcik, M. P. Nowak, M. Zegrodnik, Phys. Rev. B 100, 045409 (2019), tekst: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.100.045409
  3. Probing Andreev reflection reach in semiconductor-superconductor hybrids by Aharonov-Bohm effect, M. P. Nowak, P. Wojcik, Appl. Phys. Lett. 114, 043104 (2019), tekst: ttps://doi.org/10.1063/1.5063975
  4. Supercurrent carried by non-equlibrium quasiparticles in a multiterminal Josephson junction, M. P. Nowak, M. Wimmer, A. R. Akhmerov, Phys. Rev. B 99 075416 (2019), tekst: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.99.075416 

2018

  1. Realistic estimates of superconducting properties for the cuprates: reciprocal-space diagrammatic expansion combined with variational approach, M. Fidrysiak, M. Zegrodnik, and J. Spałek, J. Phys.: Condens. Matter 30, 475602 (2018), tekst: https://doi.org/10.1088/1361-648X/aae6fb
  2. Incorporation of charge- and pair-density-wave states into the one-band model of d-wave superconductivity, M. Zegrodnik and J. Spałek, Phys. Rev. B 98, 155144 (2018), tekst: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.98.155144
  3. Unconventional topological superconductivity and phase diagram for an effective two-orbital model as applied to twisted bilayer graphene, M. Fidrysiak, M. Zegrodnik, and J. Spałek, Phys. Rev. B 98, 085436 (2018), tekst: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.98.085436
  4. Stability of the coexistent superconducting-nematic phase under the presence of intersite interactions, M. Zegrodnik, J. Spałek, New J. Phys. 20, 063015 (2018), tekst: https://doi.org/10.1088/1367-2630/aac6f7
  5. Valley dependent anisotropic spin splitting in silicon quantum dots, R. Ferdous, E. Kawakami, P. Scarlino, M. P. Nowak, D. R. Ward, D. E. Savage, M. G. Lagally, S. N. Coppersmith, M. Friesen, M. A. Eriksson, L. M. K. Vandersypen and R. Rahman, npj Quantum Information 4, 26 (2018), tekst: https://doi.org/10.1038/s41534-018-0075-1
  6. Renormalization of the Majorana bound state decay length in a perpendicular magnetic field, M. P. Nowak, P. Wójcik, Phys. Rev. B 97, 045419 (2018), tekst: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.97.045419 
  7. Spin–Orbit Interaction and Induced Superconductivity in a One-Dimensional Hole Gas, F. K. de Vries, J. Shen, R.J. Skolasinski, M. P. Nowak, D. Varjas, L. Wang, M. Wimmer, J. Ridderbos, F. A. Zwanenburg, A. Li, S. Koelling, M. A. Verheijen, E. P. A. M. Bakkers, L. P. Kouwenhoven, Nano Lett., 18, 6483–6488 (2018), tekst: https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.8b02981
  8. Atomization of correlated molecular-hydrogen chain: A fully microscopic variational Monte Carlo solution, A. Biborski, A. P. Kądzielawa, and J. Spałek, Phys. Rev. B 98, 085112 (2018), tekst: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.98.085112