Cele badawcze

Wykorzystując zaawansowane techniki obliczeniowe oraz modelowanie badamy nowe zjawiska oraz projektujemy nanourządzenia elektroniczne o nowych funkcjonalnościach: układy kropek kwantowych, kwantowo-atomowe złącza punktowe, elektronowe układy jedno- i dwuwymiarowe, układy hybrydowe na bazie heterostruktur półprzewodnikowych, pojedynczych molekuł, ferromagnetyków, nadprzewodników, układy silnie skorelowane, układy z efektem Kondo, współtunelowaniem, transportem elektrycznym zależnym od spinu. Zajmujemy się również kryptografią kwantową oraz prostymi protokołami kwantowymi w ramach informatyki kwantowej. Celem badań doświadczalnych jest uzyskanie, na bazie grafenu, nowych materiałów o określonych właściwościach umożliwiających ich zastosowanie w elektronice i spintronice. Wprowadzane modyfikacje generują centra magnetyczne, które badane są metodami elektronowego rezonansu paramagnetycznego (EPR) i rezonansu ferromagnetycznego (FMR).

Profil badawczy

Przewidywanie wyników eksperymentalnych z użyciem perturbacyjnej techniki skalowania, metody numerycznej grupy renormalizacji (NRG) i nierównowagowych funkcji Greena oraz techniki diagramowej. Studiowanie zjawisk transportu elektrycznego oraz dynamiki spinowej w hybrydowych nanostrukturach posiadających elementy ferromagnetyczne, półprzewodnikowe, nadprzewodzące, przewodniki balistyczne, złącza tunelowe, etc. Dokonujemy chemicznej modyfikacji grafenu i innych nanomateriałów węglowych. Wykonujemy badania EPR przewodzących materiałów węglowych i innych, również pod ciśnieniem hydrostatycznym.

Programy badawcze

• Projekt MNiSW - Spinowo spolaryzowany transport w kropkach kwantowych i układach molekularnych (2006-2009), kierownik - dr hab. J. Martinek, prof. IFM PAN
• Projekt MNiSW - Nadprzewodzący i spinowo spolaryzowany transport w układach hybrydowych ferromagnetyk-nadprzewodnik oraz kropkach kwantowych (2010-2015), kierownik - dr hab. J. Martinek, prof. IFM PAN
• Projekt MNiSW - Efekt współtunelowania w nadprzewodzących złączach tunelowych w obecności kropek kwantowych (2011-2013), kierownik - dr hab. J. Martinek, prof. IFM PAN
• European Union Project - Source of Electron in Entanglement in Nano Devices (SE2ND) (2011-2015), kierownik - dr hab. J. Martinek, prof IFM PAN
• Polsko-Francuski Projekt Badawczy - Nadprzewodzący oraz spinowo spolaryzowany transport elektryczny w układach z pojedynczą molekułą (2009-2010), kierownik - dr hab. J. Martinek, prof. IFM PAN

Osiągnięcia naukowe

• We współpracy z eksperymentalną grupą prof. S. Parkina z laboratoriów IBM Almaden z San Jose (Kalifornia - Dolina Krzemowa) badano eksperymentalnie i teoretycznie planarne złącza tunelowe wykonane z tlenku magnezu (MgO) mającego, dzięki uporządkowanej strukturze, bardzo wysoką wartość magnetooporu tunelowego. Po raz pierwszy pokazano, że w złączu z ferromagnetycznymi elektrodami jest możliwe pojawienie się efektu Kondo w obecności domieszek magnetycznych w barierze tunelowej. Zbadano również złącze z nadprzewodzącymi elektrodami, gdzie obecność magnetycznych domieszek prowadzi do pojawiania się dodatkowych procesów tunelowania dla transportu powyżej i poniżej szczeliny nadprzewodzącej w gęstości stanów. Podano dokładny model teoretyczny tych złożonych procesów [H. Yang et al., Phys. Rev. B 83, 174437 (2011)]
• Pokazano, korzystając z zaawansowanych technik NRG, że w układzie dwóch kropek kwantowych połączonych szeregowo z ferromagnetycznymi elektrodami możliwe są różne stany magnetyczne, takie jak stan singletowy (uporządkowanie antyferromagnetyczne) lub tripletowy (uporządkowanie ferromagnetyczne), a przy pomocy zewnętrznego lokalnego pola elektrycznego stan ten może być przełączany. Otwiera to możliwość, aby w efektywny sposób kontrolować własności magnetyczne układu poprzez pole elektryczne, co będzie miało istotne znaczenie w budowie nowych układów elektroniki spinowej [R. Zitko et al., Phys. Rev. Lett. 108, 166605 (2012), R. López et al., Phys. Rev. B 87, 035135 (2013)]
• Badano efekt rozdzielania par Coopera w układzie podwójnej kropki kwantowej sprzężonej z nadprzewodzącą elektrodą, który może służyć jako naturalne źródło splątanych par elektronów. Pary te jako pary splątanych kubitów mogą być podstawowym elementem komunikacji kwantowej w ciele stałym. Zaproponowano również możliwość zmierzenia splątania w tym układzie poprzez pomiar operatora tzw. świadka splątania (entanglement witness) [W. Kłobus et al., Phys. Rev. B 89, 125404 (2014)]
• Zaproponowano i wdrożono oryginalną metodę badań korelacji dla kwantowego przewodnictwa w atomowych kwantowych kontaktach punktowych (Quantum Point Contact - QPC). Umożliwiła ona po raz pierwszy, wykazanie silnych efektów kwantowych również dla wysokich wartości przewodnictwa - wieloatomowych kontaktów dla niklu, żelaza, czy wanadu [A. Halbritter et al., Phys. Rev. Lett. 105, 266805 (2010), P. Makk et al., ACS NANO 6, 3411 (2012)]
• Wykazano istotną rolę sprzężenia elektronów przewodnictwa z defektami paramagnetycznymi w relaksacji spinowej w grafenie metodą impulsową EPR, które wydłuża czas relaksacji układu. Uzyskane wyniki analizowano w ramach teorii Hasegawy i wykazano równość czasów spin-sieć i spin-spin [M.A. Augustyniak-Jabłokow et al., Chem. Phys. Lett. 557, 118 (2013)]
• Potwierdzono istnienie magnetycznego uporządkowania w jednowarstwowym grafenie. Badania EPR pojedynczych płatków syntetycznego grafenu zawierającego luki węglowe pozwoliły na obserwację antyferromagnetycznego przejścia fazowego, a po samoistnej rekonstrukcji luk ujawniły obecność sygnału FMR.Obecność przejścia fazowego i uporządkowania antyferromagnetycznego była przewidziana teoretycznie, a nasz eksperyment był pierwszym tego dowodem. Zgodność złożonej zależności temperaturowej intensywności sygnału FMR z teoretycznymi przewidywaniami potwierdziła, że sygnał pochodzi od sprzężonych ferromagnetycznie stanów brzegowych grafenu [M.A. Augustyniak-Jabłokow et al., Phys. Status Solidi RRL 5, 271 (2011), J. Mol. Struct. 1076, 31 (2014)]
• Zbadano wpływ ciśnienia hydrostatycznego na widma FMR kompozytów zawierających magnetyczne nanocząstki. W zależności od wielkości nanocząstek, ciśnienie wywiera wpływ na widma FMR badanych kompozytów. [N. Guskos et al., Rev. Adv. Mater. Sci. 32, 19 (2013), Rev. Adv. Mater. Sci. 35, 67 (2013)]

Publikacje: 2015, 2013, 2012, 2011, 2010, 2009, 2008, 2007, 2006, 2005

2015

1. J. Świergiel, I. Płowaś, J. Grembowski, J. Jadżyn
   Stokes−Einstein−Nernst Relation in Dilute Electrolyte Solutions of Lithium Perchlorate in Polyethylene Glycols (200, 300, 400, and 600)
   J. Chem. Eng. Data 60, 3588–3593 (2015)

2013

1. K. Kalbarczyk, K. Dziatkowski, J. Szczytko, J. Gosk, M. Tokarczyk, G. Kowalski, A. Twardowski, W. Bednarski, A. Ostrowski, S. Waplak, J. Martinek, X. Liu, JK. Furdyna
   Magnetic properties of epitaxial Fe/(Ga,Mn)As Hybrids
   Acta Physica Polonica A 124, 873 (2013)

2012

1. D. Tomaszewski, J. Martinek, Z. Balogh, S. Csonka, M. Wawrzyniak, M. Frei, L. Venkataraman, A. Halbritter
   Correlation Analysis of Atomic and Single-Molecule Junction ConductanceP. Makk
   ACS NANO 6, 3411-3423, 2012
2. R. Žitko, L.S. Lim, R. Lopez, J. Martinek, P. Simon
   Tunable Kondo Effect in a Double Quantum Dot Coupled to Ferromagnetic Contacts
   Physical Review Letters 108, 166605, 2012
3. A. Krupska, A. Więckowski, L. Slomińska, L. Jarosławski, R. Zielonka
   Influence of heating time and pressure treatment of potato starch on the generation of radicals: EPR studies
   Carbohzdrate Polymers 89, 54-60, 2012

2011

1. H.J. Skadsem, A. Brataas, J. Martinek, Y. Tserkovnyak
   Ferromagnetic resonance and voltage-induced transport in normal metal-ferromagnet-superconductor trilayers
   Phys. Rev. B 84, 104420 (2011)
2. H. Yang, S-H. Yang, G. Ilnicki, J. Martinek, S.S.P. Parkin
   Coexistence of the Kondo effect and a ferromagnetic phase in magnetic tunnel junctions
   Physical Review B 83, 174437, 2011

2010

1. M.M. Kempiński, W. Kempiński, M. Augustyniak-Jabłokow, M. Śliwińska-Bartkowiak
   Spin localization in ACF detected with EPR.
   Current Topics in Biophysics 33 (suppl. A) 109-112 (2010)
2. M. Maćkowiak, N. Sinyavsky
   Off-resonance effects in two-dimensional exchange NMR at zero-field.
   Solid State Nuclear Magnetic Resonance 37, 33-35, 2010
3. M.A. Augustyniak-Jabłokow, Y.V. Yablokov, B. Andrzejewski, W. Kempiński, Sz. Łoś, K. Tadyszak, M.Y. Yablokov, V.A. Zhikharev
   EPR and magnetism of the nanostructured natural carbonaceous material shungite.
   Physics and Chemistry of Minerals 37, 237-247, 2010
4. A. Halbritter, P. Makk, Sz. Mackowiak, Sz. Csonka, M. Wawrzyniak, J. Martinek
   Regular atomic narrowing of Ni, Fe, and V nanowires resolved by two-dimensional correlation analysis.
   Physical Review Letters, 105, 266805 (2010)
5. M. Lee, MS. Chai, R. Lopez, R. Aguardo, J. Martinek, R. Zitko
   Two-impurity Anderson model revisited: Competition between Kondo effect and reservoir-mediated superexchange in double quantum dots.
   Physical Review B 81, 121311 (2010)
6. B. Strzelczyk, W. Kempiński, M. Wróblewski, B. Susła, J. Piekoszowski, Z. Werner, M. Barlak, J. Martinek, M. Błaszyk, Sz. Maćkowiak, Z. Trybuła, Sz. Łoś, M. Kempiński
   Low temperature STM/STS, standard AFM and XPS of local MgB_x Phases.
   Acta Physica Polonica A, Vol. 118 (2010), 417-419
7. M. Wawrzyniak, M. Maćkowski, Z. Śniadecki, B. Idzikowski, J. Martinek
   Current-Voltage charateristics of nanowires formed at the Co-Ge_99.99Ga_0.01 interface.
   Acta Physica Polonica A 118, 375-378, 2010
8. H. Yang, S.H. Yang, G. Ilnicki, J. Martinek, J. Pavkin
   Zero-Bias Anomaly in Magnetic Tunnel Junctions
   Acta Physica Polonica A 118, 316 (2010)

2009

1. J. Martinek, G. Ilnicki, T. Fuse, K. Ishibashi
   Inelastic cotunneling mediated singlet-triplet transition in carbon nanotubes.
   Physical Review B 80, 033408 (2009)
2. W. Jurga
   Superconducting properties of an NbN-SiO₂ disordered system obtained by ammonolysis of NbN-SiO₂ sol-gel derived coatings.
   Journal of Non-Crystalline of Solids 354, 4345-4348, 2009
3. L. Piekara-Sady, W. Jurga, R. Clerac, M. Fourmigué
   Amphiphilic paramagnetic neutral gold dithiolene complexes.
   Dalton Transactions, 3052-3061, 2009
4. M. Wawrzyniak, J. Martinek, B. Susła, G. Ilnicki
   Correlation histograms in conductance measurements of nanowires formed at semiconductor interfaces.
   Acta Physica Polonica A, Vol. 115, No. 1, 384-386, 2009
5. G. Ilnicki, S. Moriyama, J. Martinek, T. Fuse, K. Ishibashi
   Cotunneling transport at singlet-triplet transition in carbon nanotube quantum dots.
   Acta Physica Polonica A, Vol. 115, No. 1, 299-302, 2009

2008

1. N. Sinyavky, M. Maćkowiak, C. Schmidt
   Manifestation of Berry’s phase in nuclear quadrupole resonance spectra of rotating powder samples.
   Zeitschrift fur Naturforschung 63a, 81-87, 2008
2. A. Krupska, W. Jurga, L. Piekara-Sady, P. Szroeder, F. Rozpłoch
   Effect of lattice compression on g-factor in graphite.
   Solid State Communications 148, 148-150, 2008
3. M.A. Augustyniak-Jabłokow, C. Daniel, H. Hartl, J. Spandl, Y.V. Yablokov
   Exchange interactions and electron delocalization in the mixed-valence cluster V₄^IVV₂^VO₇(OC₂H₅)₁₂.
   Inorganic Chemistry 47, 322-332, 2008
4. L. Piekara-Sady, W. Jurga, W. Kempiński, Sz. Łoś, J. Stankowski, J. Piekoszewski, M. Barlak, Z. Werner, J. Stanisławski
   Magnetically modulated microwave absorption study of superconducting MgB₂ regions.
   Applied Magnetic Resonance 34, 157-162, 2008
5. M.A. Augustyniak-Jabłokow, I. Jacyna-Onyszkiewicz, T.A. Ivanova, V.K. Polovniak, V.A. Shustov, Y.V. Jablokov
   Delocalization of the Cu²⁺ unpaired electron on the next nearest ligands in Sr₂Pd_0.99Cu_0.01O₃ ceramics.
   Acta Physica Polonica A, Vol. 114, No. 1, 197-201, 2008
6. W. Jurga, L. Piekara-Sady, M. Gazda
   Microwave absorption study on (Bi, PB)-Sr-Ca-Cu-O granular superconductors.
   Acta Physica Polonica A, Vol. 114, No. 1, 253-256, 2008
7. Sz. Łoś, W. Kempiński, J. Piekoszewski, L. Piekara-Sady, Z. Werner, M. Barlak, B. Andrzejewski, W. Jurga, K. Kaszyńska
   The evolution of superconducting phase MgB_x.
   Acta Physica Polonica A, Vol. 114, No. 1, 179-184, 2008

2007

1. S. Hikino, S. Takahashi, M. Mori, J. Martinek, S. Maekawa
   Effect of magnons on the 0-π transition in a superconductor / half –metallic ferromagnet / superconductor junction.
   Physica C 463-465, 198-201, 2007
2. S. Takahashi, S. Hikino, M. Mori, J. Martinek, S. Maekawa
   Supercurrnet pumping by ferromagnetic resonance in ferromagnetic Josephson junctions.
   Physica C 463-465, 989-992, 2007
3. I. Korneva, M. Ostafin, N. Sinyavsky, B. Nogaj, M. Maćkowiak
   Determination of the electric field gradient asymmetry from 2D nutation NQR spectra of ₇₅As nuclei in oriented samples of As₂Se₃ semiconductor.
   Solid State Nuclear Magnetic Resonance 31, 119-123, 2007
4. S. Takahashi., S. Hikino, M. Mori, J. Martinek, S. Maekawa
   Supercurrent pumping in Josephson junction with half-metalic ferrmagnet.
   Physical Review Letters 99, 057003 (2007).
5. M. Sindel, L. Borda, J. Martinek, R. Bulla, J. König, G. Schön, S. Maekawa, J. von Delft
   Kondo quantum dot coupled to ferromagnetic leads: Numerical renormalization group study.
   Physical Review B 76, 045321 (2007)
6. N. Sinyavsky, E. Korotey, M. Maćkowiak
   Determination of the electric field gradient asymmetry from Berry’s phase in NQR of powder samples.
   Journal of Molecular Structure 830, 131-138, 2007
7. Y. Utsumi, J. Martinek, H. Imamura, P. Bruno, S. Maekawa
   Indirect exchange interaction between two local spins embedded in an Aharonov-Bohm Ring
   Magnetism and Magnetic Materials 310(2), 1142 (2007)
8. J. Martinek, L. Borda, Y. Utsumi, J. König, J. von Delft, D.C. Ralph, G. Schön, S. Maekawa
   Kondo effect in single-molecule spintronics devices.
   Journal of Magnetism and Magnetic Materials 310 (2), e343 (2007)
9. M.A. Augustyniak-Jabłokow, Yu.V. Yablokov, I. Jacyna-Onyszkiewicz, T.A. Ivanova, V.A. Shustov
   EPR study of water induced decomposition of the SrCuO₂ and Sr₂CuO₃ ceramics surface. The role of carbon dioxide.
   Acta Physica Polonica A Vol. 112 Suplement, 143-151, 2007

2006

1. M.Yu. Yablokov, M.A. Augustyniak-Jabłokow, W. Kempiński, J. Stankowski, Yu.V. Yablokov
   Paramagnetic resonance of Shungite – a natural nano-structured carbonaceous material.
   physica status solidi (b) 243, No. 8, R66-R68, 2006
2. M. Braun, J. König, J. Martinek
   Frequency-dependent current noise through quantum-dot spin valves.
   Physical Review B 74, 075328, 2006
3. N. Sinyavsky, I. Korneva, M. Ostafin, B. Nogaj, M. Maćkowiak
   Two-dimensional nutation NQR broad-line spectra in oriented samples.
   Zeitschrift Fűr Naturforschung 61a, 499-504, 2006
4. A. Ostrowski, A. Krupska
   Effect of temperature and high pressure on Mn²⁺ EPR spectra in K₃H(SO₄)₂ fast-proton conductor.
   Phase Transitions Vol. 79, No. 6-7, 569-575, 2006
5. A. Krupska, M.A. Augustyniak-Jabłokow, Yu.V. Yablokov, V.V. Zelentsov, V.A. Ulanov, J. Mroziński
   EPR discovery of a new pressure-induced low-spin phase in (2Me-5Et-PyH)[Fe(Th-5Cl-Sa)₂].
   Acta Physica Polonica A, Vol. 110, No. 1, 81-95, 2006

2005

1. T.A. Ivanova, I. Jacyna-Onyszkiewicz, M.A. Augustyniak-Jabłokow, Yu.V. Yablokov, V.A. Shustov
   Electron spin resonance of localized copper states in Sr_1-xA_xCuO₂ ceramics (A=Li⁺, K⁺, La³⁺; x≤0. 15)”.
   Physics of the Solid State Vol. 47, No. 8, 2005, 1540-1543
2. I. Weymann, J. König, J. Martinek, J. Barnaś, G. Schön
   Tunnel magnetoresistance of quantum dots coupled to ferromagnetic leads in the sequential and cotunneling regimes.
   Physical Review B 72, 115334-1 do 115334-13, 2005
3. J. Martinek, M. Sindel, L. Borda, J. Barnaś, R. Bulla, J. König, G. Schön, S. Maekawa, J. von Delft
   Gate-controlled spin splitting in quantum dots with ferromagnetic leads in the Kondo regime.
   Physical Review B 72, 121302(R)-1 do 121302(R)-4, 2005
4. I. Weymann, J. Barnaś, J. König, J. Martinek, G. Schön
   Zero-bias anomaly in cotunneling transport through quantum-dot spin valves.
   Physical Review B 72, 113301-1 do 113301-4, 2005
5. M.A. Augustyniak-Jabłokow, S. Borshch, C. Daniel, H. Hartl, Yu.V. Yablokov
   EPR study of the magnetic states of a mixed-valence V^IV₄ V^V₂ alkoxypolyoxovanadium cluster.
   New Journal of Chemistry 29, 1064-1071, 2005
6. M. Maćkowiak, N. Sinyavsky, B. Bluemich
   Two-dimensional exchange ³⁵Cl NQR spectroscopy of hexachloroethane.
   Journal of Molecular Structure 743, 2005, 53-57
7. M.A. Augustyniak-Jabłokow, Yu.V. Yablokov, T.A. Ivanova, I. Jacyna-Onyszkiewicz, V.A. Shustov
   The origin of EPR signal in SrCuO₂ ceramics.
   Acta Physica Polonica A, Vol. 108, No. 2, 2005, 345-351
8. A. Krupska, M.A. Augustyniak-Jabłokow, Yu.V. Yablokov, V.V. Zelentsov
   Spin transition diagram of (2Me-5Et-PyH)[Fe9Th-5Cl-Sa)₂] studied by EPR.
   Acta Physica Polonica A, Vol. 108, No. 2, 2005, 291-296
9. Yu.V. Yablokov, M.A. Augustyniak-Jabłokow, S. Borshch, C. Daniel, H. Hartl
   Intramolecular and lattice dynamics in V^IV­_6-2V^V­_n(OCH₃)₁₂ crystal.
   Acta Physica Polonica A, Vol. 108, No. 2, 2005, 271-281
10. M. Maćkowiak
    Multidimensional NQR spectroscopy - a new tool in studies of molecular dynamics.
    Acta Physica Polonica A, Vol. 108, No. 1, 2005, 61-72

• Oscyloskop LeCroy WaveSurfer 422, do 200MHz.
• Magnetometer "MagLab 2000 System"
• Urządzenie do obrazowania rozkładu pól magnetycznych