Wybrane prace

Własności wibracyjne i stabilność nanocząstek FePt

Strukturalne i dynamiczne własności nanocząstek zbadano w ramach teorii funkcjonału gęstości. Wpływ rozmiaru i składu chemicznego na stabilność dynamiczną nanocząstek sprawdzono w układach o symetrii tetragonalnej i ikosaedrycznej. W tetragonalnych kubokteadrach, obserwujemy dystorsję sieci, która przy nieparzystej ilości warstw platyny prowadzi do obniżenia symetrii układu (rysunek obok). Miękki mod, który odpowiedzialny jest za złamanie symetrii, przedstawia animacja drgań atomowych w nanocząstce Fe₂₄Pt₃₁. Odkryto również znaczne różnice między dynamiką atomów w nanocząstkach i w litym krysztale FePt. Jednak podobnie jak w krysztale, atomy w nanocząstkach tetragonalnych wykazują silną anizotropię drgań. Nanocząstki ikosaedryczne z idealną geometrią warstwową są niestabilne ze względu na znacznie powiększone odległości między atomami żelaza. Pokazano, że można je ustabilizować przez usunięcie atomów ze środka nanocząstki lub zastąpienie ich przez mniejsze atomy.

Phys. Rev. B 95, 134303 (2017), arXiv:1704.04056

Badania ab initio niekonwencjonalnego nadprzewodnictwa w CeCoIn₅ i FeSe

Struktura elektronowa i kształt powierzchni Fermiego mają fundamentalne znaczenie dla zjawiska nadprzewodnictwa. Pokazano, że fazę nadprzewodzącą można badać przy pomocy statycznej podatności par Coopera i opracowano skuteczną metodę jej wyznaczania używając orbitali Wanniera wyliczonych metodą ab initio. Jako przykład, metoda ta została zastosowana to badania niekonwencjonalnej fazy nadprzewodzącej typu Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov (FFLO) w układzie ciężkofermionowym CeCoIn₅ i nadprzewodniku na bazie żelaza FeSe. Wykresy podatności par Coopera wyliczone dla każdego pasma przecinającego poziom Fermiego w FeSe dla pędów w płaszcyznach xy, yz i xz oraz w zewnętrznym polu magnetycznym H = 20 T pokazane są na rysunku obok. Otrzymane w pracy rezultaty wskazują na możliwość istnienia fazy FFLO w skończonym polu magnetycznym w obydwóch badanych materiałach.

New. J. Phys. 9, 0633039 (2017), arXiv:1710.01988, Video abstract

Magnetyczne przejście Lifszyca

Przeprowadzono badania przejścia Lifszyca indukowanego zewnętrznym polem magnetycznym w nadprzewodnikach na bazie żelaza. Zaproponowano model z parowaniem wewnątrzpasmowym z parametrami, które opisują układ z dwoma pasmami (elektronowym i dziurowym) z oddziaływaniem elektronów z polem magnetycznym. Obliczenia pokazały, że w takim układzie możliwe są dwa przejścia Lifszyca, w których zmienia się ilość powierzchni Fermiego (elektronowych lub dziurowych). Jedno z tych przejść zachodzi w fazie nadprzewodzącej i w przybliżeniu w stałym polu magnetycznym. Wybrane parametry modelu odpowiadają strukturze pasmowej dwóch nadprzewodników żelazowych FeSe i BaFe₂As₂. Otrzymane wyniki wyjaśniają mechanizm obserwowanych eksperymentalnie przejść fazowych w tych związkach.

www.nature.com/articles/srep41979 arxiv.org

Dynamika sieci w nanostrukturach EuSi₂

Przeprowadzono systematyczne badania dynamiki sieci w cienkich warstwach i nanoklastrach EuSi₂ stosując metodę rezonansowego nieelastycznego rozpraszania jądrowego i obliczenia z pierwszych zasad. Porównanie parcjalnej gęstości stanów fononowych Eu pokazało bardzo dobrą zgodność pomiarów z obliczeniami dla kryształu litego (próbka A). Widmo drgań atomowych w cienkich warstwach (próbka B) zostało wyjaśnione jako złożenie gęstości stanów fononowych dla powierzchni i kryształu. Parcjalna gęstość stanów fononowych Eu dla nanoklastrów (próbki C i D) wskazuje na istnienie dodatkowych modów, nie występujących w krysztale i na powierzchni, przy niskich i wysokich energiach. Pokazano, że drgania atomowe wzdłuż złącza klaster-podłoże występują zarówno przy najniższych, jak i najwyższych energiach, natomiast drgania atomowe zlokalizowane w ściankach między klastrami posiadają energie około 14 meV.

Phys. Rev. Lett. 117, 276101 (2016)

Dynamika i stabilność ikosaedrycznych nanocząstek Fe-Pt

Struktura, dynamika i stabilność nanocząstek Fe-Pt były badane w ramach teorii funkcjonału gęstości (DFT). Badane systemy zawierały wielopowłokowe i nieuporządkowane nanocząstki żelaza i platyny o strukturze ikosaedrów i magicznej liczbie atomów (55): Fe na powierzchni Fe₄₃Pt₁₂, Pt na powierzchni Fe₁₂Pt₄₃ i nieuporządkowane Fe₂₇Pt₂₈. Dodatkowo, przeprowadzono obliczenia dla klastra Fe₆Pt₇ w celu zbadania własności bardzo małych układów.

Symulacje metodą dynamiki molekularnej przeprowadzono dla kilku temperatur w zakresie T = 150-1000 K. Obliczenia pokazały dużą niestabilność nanocząstek z atomami żelaza na powierzchni i silny efekt stabilizujący atomów platyny na powierzchni ikosaedrów. Powierzchnia platyny ogranicza nieporządek nawet w T = 1000 K co oznacza wysoką temperaturę topnienia tych układów. Analiza rozkładu radialnego położeń atomowych pokazuje wyraźną tendencję atomów Pt do przechodzenia do powłoki zewnętrznej nawet w układach o niedomiarze platyny.

Badania przeprowadzono w ramach projektu COST Action MP0903: "Nanoalloys as advanced materials: from structure to properties and applications" i opublikowano w serii tematycznej: Recent advances in the chemical physics of nanoalloys.

Phys. Chem. Chem. Phys. 17, 28096 (2015) arxiv.org

Własności elektronowe i dielektryczne FeO

Wustyt (FeO) stanowił duże wyzwanie dla fizyki eksperymentalnej i teoretycznej przez ponad 60 lat. W szczególności znaczne odchylenie od idealnej stechiometrii (5%-15%) i struktura defektowa były tematem licznych badań, wciąż pozostając źródłem dyskusji i kontrowersji. Przeprowadzone badania pokazały, że struktura krystaliczna FeO jest zmodyfikowana obecnością kationów Fe(3+) i wakansów w węzłach Fe(2+). Struktura i rozkład ładunkowy są bardzo złożone ze względu na możliwość łączenia się defektów w większe klastry, które dodatkowo tworzą większe układy defektów. W obecnej pracy badaliśmy wpływ silnych oddziaływań elektronowych i dużej koncentracji defektów na własności elektronowe i dielektryczne wustytu. Jak pokazano, obydwa czynniki znacznie modyfikują własności elektronowe i mają przeciwny efekt na strukturę pasmową. Silne korelacje w stanach Fe(3d) są odpowiedzialne z otwarcie przerwy energetycznej (izolator Motta), natomiast defekty redukują jej rozmiar.

Mechanizm powodujący zmniejszenie przerwy jest taki sam, niezależnie od rodzaju defektów. Zarówno pojedyncze wakansy, jak również klastry wakansów wprowadzają nieobsadzone stany Fe(3+) w przerwie energetycznej FeO. Szerokość tego pasma rośnie monotonicznie z koncentracją defektów, zmniejszając odległość od wierzchołka pasma walencyjnego i efektywnie zmniejszając przerwę. W pracy pokazano, że pewne własności dielektryczne, związane z niskoenergetycznymi przejściami optycznymi, można wyjaśnić obecnością defektów. Nasze badania pozwoliły również wyjaśnić anomalne poszerzenie widm w podczerwieni, co pokazało duży wpływ wakansów kationowych na dynamikę sieci wustytu.

Phys. Rev. B 91, 195111 (2015) arxiv.org

Struktury krystaliczne monotlenków metali przejściowych

Monotlenki metali przejściowych t.j. związki chemiczne o wzorze MO stanowią cenne rudy metali; były one używane już w neolicie do barwienia ceramiki – a później także szkła. Te ważne materiały wykazują dużą rożnorodność cech fizykochemicznych takich jak przewodnictwo elektronowe i termiczne czy cechy magnetyczne oraz optyczne, i znajdują one liczne zastosowania praktyczne. Znanych jest blisko dwadzieścia monotlenków metali przejściowych. Od dawna było wiadomo, że większość z nich krystalizuje w strukturze regularnej typu chlorku sodu (NaCl) – albo idealnej albo nieznacznie zniekształconej ze względu na oddziaływania magnetyczne. Ten ważny typ struktury przyjmowany jest przez mnóstwo związków nieorganicznych, szczególnie jonowych. Ale pięć tlenków: miedzi, srebra, palladu, platyny i rtęci wydawało się nie pasować do tej rodziny, gdyż krystalizują one w dużo bardziej złożonych strukturach o niższej symetrii. Czy jednak rzeczywiście nie mają one nic wspólnego ze swoimi regularnymi odpowiednikami?

Czytaj więcej ... Phys. Rev. Lett. 113, 025505

K. Parlinski, Z.Q. Li and Y. Kawazoe, First-Principle Determination of the Soft Mode in Cubic ZrO₂, Phys. Rev. Lett. 78 (1997) 4063 (DOI:10.1103/PhysRevLett.78.4063)
P.T. Jochym and K. Parlinski, Elastic Properties and Phase Stability of AgBr under Pressure, Phys. Rev. B65(2001) 024106 (DOI:10.1103/PhysRevB.65.024106)
K. Parlinski, P.T. Jochym, O. Leupold, A.I. Chumakov, R. Rüffer, H. Schober, A. Jianu, J. Dutkiewicz and W. Maziarz, Local Modes of Fe and Co Atoms in NiAl Intermetallics, Phys. Rev. B70 (2004) 224304 (DOI:10.1103/PhysRevB.70.224304)
P. Piekarz, K. Parlinski, and Andrzej M. Oleś, Mechanism of the Verwey Transition in Magnetite, Phys. Rev. Lett. 97 (2006) 156402 (DOI:10.1103/PhysRevLett.97.156402).
T. Ślęzak, J. Łażewski, S. Stankov, K. Parlinski, R. Reitinger, M. Rennhofer, R. Rüffer, B. Sepiol, M. Ślęzak, N. Spiridis, M. Zając, A.I. Chumakov, and J. Korecki, Phonons at the Fe(110) Surface, Phys. Rev. Lett. 99 (2007) 066103 (DOI:10.1103/PhysRevLett.99.066103)
J. Łażewski, P. Piekarz, J. Toboła, B. Wiendlocha, P. T. Jochym, M. Sternik, and K. Parlinski, Phonon Mechanism of the Magnetostructural Phase Transition in MnAs, Phys. Rev. Lett. 104 (2010) 147205 (DOI:10.1103/PhysRevLett.104.147205)