AUTOREFERAT Dane personalne Tomasz Wojtowicz ur. 9 czerwca 1955 r w Katowicach żonaty (od 28.06.1980, Grażyna) dwoje dzieci (Anna ur. 13.10.1981; Marcin ur. 29.07.1985) zam.: 03-982 Warszawa, ul. Meissnera 6m 39 Miejsce stałego zatrudnienia i stanowisko Instytut Fizyki Polskiej Akademii Nauk, 02-668 Warszawa, Al. Lotników 32/46 docent Wykształcenie i stopnie naukowe Habilitacja Doktorat Wyższe 2000 Instytut Fizyki Polskiej Akademii Nauk Warszawa, Al. Lotników 32/46 specjalność: Fizyka Ciała Stałego Rozprawa habilitacyjna Stany polaronowe i ekscytonowe w trój- i dwuwymiarowych strukturach Cd 1-x Mn x Te. 1988 Instytut Fizyki Polskiej Akademii Nauk Warszawa, Al. Lotników 32/46 specjalność: Fizyka Ciała Stałego Rozprawa doktorska: Wpływ oddziaływania wymiennego na zjawiska transportu w Hg 1-x Mn x Te promotor Prof. dr hab. R.R. Gałązka doktorat wyróżniony przez Radę Naukową IF PAN 1980 Uniwersytet Warszawski, Wydział Fizyki, Warszawa, ul. Hoża 69 Specjalność: Fizyka Półprzewodników Praca magisterska pt. Magnetooptyczne badania półprzewodników z wąską przerwą energetyczną w dalekiej podczerwieni promotor Prof. dr hab. M. Grynberg dyplom z wyróżnieniem nagroda Polskiego Towarzystwa Fizycznego za pracę magisterską 1
Średnie 1975 Technikum Elektroniczno-Mechaniczne Warszawa, ul. Gen. Zajączka 7 Specjalność: Elektroniczne maszyny matematyczne praca dyplomowa uznana za najlepszą w szkole Podstawowe 1970 Szkoła Podstawowa Nr 16 Warszawa, ul. Radomska 23 pierwsze miejsce w Okręgowych Zawodach Matematycznych dla klas ósmych szkół podstawowych Historia zatrudnienia 2001 do dziś docent, SL-3, Instytut Fizyki PAN, Warszawa 1992 2001 adiunkt, SL-3, Instytut Fizyki PAN, Warszawa 1988 1992 adiunkt, ON-1, Instytut Fizyki PAN, Warszawa 1980 1987 asystent i starszy asystent, ON-1, Instytut Fizyki PAN, Warszawa Staże i praca naukowa za granicą 2001/2004 Visiting Research Assocciate Professor and Senior Fulbright Scholar, Physics Department, University Notre Dame, Notre Dame, Indiana, USA... 34 miesiące 2000/2001 Visiting Professor, Tohoku University, Sendai, Japonia..3 miesiące 1996/1999 Visiting Scientist, Würzburg University, Niemcy.(w sumie).9 miesięcy 1994 Visiting Scientist, Heriot-Watt University, Wielka Brytania.....1 miesiąc 1988/1990 Post-doctoral research associate, Physics Department, University of Notre Dame, Notre Dame, Indiana, USA..3 lata 1984/1985 Visiting Scientist, University of Montpellier, Francja (w sumie).6 tygodni 2
Wyróżnienia wynikające z prowadzonych badań naukowych Stypendium Fulbrighta 2001 Nagroda Dyrektora IF PAN Warszawa 1996 Nagroda Dyrektora IF PAN (zespołowa) Warszawa 1994 Nagroda za pracę doktorską IF PAN Warszawa 1988 Nagroda Sekretarza Naukowego PAN (zespołowa) Warszawa 1986 Nagroda Dyrektora IF PAN (zespołowa) Warszawa 1985 Nagroda Dyrektora IF PAN (zespołowa) Warszawa 1983 Nagroda Polskiego Towarzystwa Fizycznego za pracę magisterską Warszawa 1980 Działalność dydaktyczna W latach akademickich 1996/1997, 1997/1998, 1998/1999, 2000/2001 ośmiogodzinne cykle wykładów dla studentów Wyższej Szkoły Nauk Ścisłych oraz doktorantów IF PAN pt. Epitaksja z wiązek molekularnych. Wykład pt. Nanostruktury: dlaczego i jak? na IV Sympozjum Doktoranckim, IF PAN, październik 1999 Dwugodzinny wykład w ramach Kursu Dokształcającego dla Nauczycieli Fizyki, IF PAN, czerwiec 2000 pt. Epitaksja z wiązek molekularnych jako metoda wytwarzania niskowymiarowych struktur półprzewodnikowych. W latach 1989/1990, podczas pobytu na Uniwersytecie Notre Dame w USA: - opiekun naukowy pracy doktorskiej M.S. N.G. Semaltianos-a, pt. Persistent Photonductivity in II-VI Based Semiconducting Compound and Alloys. Praca obroniona w 1995 r. - opiekun naukowy pracy doktorskiej M.S. G. Yang-a, pt. Electron Paramagnetic Resonance in II-VI Semiconductor Herterostructures. Praca obroniona w 1993 r. Promotor pracy doktorskiej dr Mirosława Kutrowskiego pt.: Magnetooptyczne własności profilowanych studni kawntowych opartych na związkach Cd 1-x Mn x Te i Cd 1-y Mg y Te. Praca ta, wyróżniona przez Radę Naukową Instytutu Fizyki, została obroniona w grudniu 2001 r. Promotor pracy doktorskiej mgr Grzegorza Cywińskiego, temat: Otrzymywanie i badanie kwazi-jednowymiarowych struktur z półprzewodnikowych materiałów II-VI. Planowany termin zakończenia sierpień 2004 r. Od kwietnia 2001 r na Uniwersytecie Notre Dame, opiekun naukowy doktorantów : Weng-Li Lim, ShaoPing Shen i Zhinguo Ge prowadzących eksperymenty technologiczne metodą epitaksji z wiązek molekularnych oraz transportowe badania ferromagnetycznych półprzewodników III-V z Mn. 3
Działalność recenzencka Recenzje publikacji naukowych 1. Physical Review B i Physical Review Letters 2. Applied Physics Letters 3. Acta Physica Polonica 4. Physica Status Solidi 5. European Physical Journal B Członek Komitetu Programowego: International School on the Physics of Semiconducting Compounds, Jaszowiec w latach 2001-2003. Członek International Program Committee of the 11th International Conference on II-VI Compounds, Niagara Falls, NY in September 22-26, 2003. Członek komitetów programowych: 14th International Conference on Crystal Growth - ICCG-14, 9-13 August 2004, Alpes Congrès, Grenoble, France oraz Electronic Material Conference EMC 2004, Notre Dame, Indiana (USA) Realizowane granty krajowe i zagraniczne 2001 2002 Fulbright Grant for Senior Scholars, Fabrication and characterization of III-V ferromagnetic semiconductor structures for spin-photonics 27 000 USD 1997 2000 kierownik zadania 8 w projekcie badawczym zamawianym PBZ.028.11 z KBN Dwu-, jedno- i zero-wymiarowe półprzewodnikowe heterostruktury kwantowe z tellurków metali II grupy i rozcieńczonych półprzewodników magnetycznych w aspekcie zastosowań optoelektronicznych 900 000 zł 1996 1998 kierownik projektu badawczego 8T11B 014 11 z KBN Inżynieria przerwy energetycznej w strukturach niskowymiarowych półprzewodników A II B VI otrzymywanych metodą epitaksji z wiązek molekularnych dla potrzeb optoelektroniki 223 425 zł 1997 1999 główny wykonawca w Grancie z Fundacji Volkswagena Advanced II-VI semiconductor quantum structures of low dimensionality 87 000 DM 1993 1996 główny wykonawca w projekcie badawczym zamawianym PBZ-101-01 z KBN w części Otrzymywanie i charakteryzacja quasi-dwuwymiarowych struktur 4
półprzewodników II-VI 832 000 zł 1988 2002 wykonawca w bardzo wielu projektach badawczych krajowych (z KBN) i kilku grantach zagranicznych ( Maria Curie-Skłodowska Joint USA-Poland grant, TEMPUS, SFB-410 Niemcy, DARPA SpinS Program, 21st Century Science and Technology Fund of Indiana.) 5
Dorobek naukowy Współautorstwo w około 350 oryginalnych opublikowanych pracach twórczych (w bazie INSPEC do lutego 2004 r wymienione są 292 prace, kompletna lista patrz WYKAZ osiągnięć w pracy naukowo-badawczej). Prace publikowane były w recenzowanych czasopismach o wysokiej międzynarodowej renomie takich jak, m.in.: Physical Review Letters 12 artykułów Applied Physics Letters - 16 artykułów, Physical Review B - 33 artykuły, Journal of Crystal Growth 22 artykuły, Journal of Applied Physics- 2 artykuły, Semiconductor Science and Technology 6 artykułów, Thin Solid Films - 9 artykułów, Superlattices and Microstructures 2 artykuły, Solid State Communications 10 artykułów, Physica Status Solidi A & B 17 artykułów, Physica B & E 29 artykułów, Acta Physica Polonica 63 artykuły. Według ISI Web of SCIENCE (webofscience.com) do lutego 2004 r prace te (wśród których spora część została opublikowana niedawno) cytowane były 1230 razy. Oprócz regularnych publikacji, uzyskane wyniki naukowe przedstawiane były w postaci ponad 112 prezentacji na międzynarodowych konferencjach i szkołach i publikowane jedynie w formie abstraktów. Wśród wyżej wymienionych prac opublikowanych (zarówno jako regularne artykuły jak i jedynie w formie abstraktu) 51 stanowiły referaty zaproszone (lista tych referatów zamieszczona jest poniżej). Spośród oryginalnych współautorskich prac twórczych 123 opublikowanych zostało w latach 2000-2003, tj. po złożeniu pracy habilitacyjnej w maju 1999 r. W tym samym okresie przedstawiono 60 prezentacji na międzynarodowych konferencjach i publikowane jedynie w formie abstraktów. Wśród wszystkich prac z lat 2000-2003 referatami zaproszonymi było 28 prac. 6
Referaty zaproszone na międzynarodowych konferencjach, sympozjach i szkołach I-1. I-2. I-3. I-4. I-5. I-6. I-7. I-8. I-9. "Acceptor states in Semimagnetic Semiconductors", T. Wojtowicz, Int. Symposium on Semimagnetic Semiconductors, Bad Honnef, Germany (1984) - abstract only - invited. "Semimagnetic Semiconductors near the metal-insulator transition", T. Dietl, M. Sawicki, T. Wojtowicz, J. Jaroszynski, W. Plesiewicz, and A. Lenard, 19-th Int. Conf. on Phys. of Semiconductors, Warsaw, Poland, 1988, ed. W. Zawadzki (Institute of Physics Polish Academy of Sciences, Warsaw, 1988) p. 1189 (1988) - invited. "Interaction Effects near the Metal-Insulator Transition in Semimagnetic Semiconductors", T. Dietl, M. Sawicki, T. Wojtowicz, J. Jaroszynski, W. Plesiewicz, L. Swierkowski, and J. Kossut, Int. Symposium on Anderson Localization, Tokyo 1988, in:anderson Localization, ed. T. Ando and H. Fukuyama (Springer, Berlin 1988) p. 58 (1988) - invited. "Localization in Diluted Magnetic Semiconductors", T. Dietl, M. Sawicki, J. Jaroszynski, J. Wrobel, T. Wojtowicz, and A. Lenard, Localization and Confinementof Electrons in Semiconductors, ed. F. Kuchar, H. Heinrich and G. Bauer Springer Series in Solid State Sciences,Vol 97 (Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, 1990) p. 127 (1990) - invited. "Far-infrared magneto-optical studies of HgTe-CdTe superlattices in the semimetallic regime", T. Wojtowicz, M. Dobrowolska, J. K. Furdyna, J. R. Meyer, F. J. Bartoli, C. A. Hoffman, and L. R. Ram- Mohan, Acta Physica Polonica A 80, 245 (1991)- invited. "Photomemory effect in II-VI Semimagnetic Semiconductors", T. Wojtowicz, German - Polish Symposium on Semimagnetic Semiconductors, Jachranka, (1993) - abstract only - invited. "MBE growth and characterization of layers and low-dimensional structures of II-VI compounds with Mn in the SL-3 Laboratory of the Institute of Physics in Warsaw", T. Wojtowicz, 2-nd Symposium on Surface and Thin Film Structures,Kazimierz Dolny, Poland, September 14-17 (1994) - abstract only - invited. "Spin tracing: a tool of interface characterization in structures with semimagnetic semiconductors", J. Gaj, P. Kossacki, Nguyen-The-Khoi, J. Cibert, W. Grieshaber, Y. M. D'Aubigne, G. Karczewski, and J. Kossut, Proc. SPIE Conf. on Laser and Optoelectronics, San Jose 1995, ed. by M. Razeghi, Y. S. Park, G. L. Witt, Vol. 2397, p. 105 (1995) - invited. "MBE growth of CdTe:In layers", G. Karczewski, T. Wojtowicz, and J. Kossut, 3-rd Symposium on Surface and Thin Film Structures, Spala, Poland (1995)- abstract only - invited. I-10. "In situ doping of CdMnTe layers grown by molecular beam epitaxy", G. Karczewski, T. Wojtowicz, and J. Kossut, International School-Conference "Solid StatePhysics, Fundamentals and Applications", Ukraina (1995)- abstract only - invited. 7
I-11. "Weakly diluted magnetic CdTe/Cd 1-x Mn x Te semiconductor structures grown by MBE", T. Wojtowicz, G. Karczewski, and J. Kossut, Acta Physica Polonica A 88, 631 (1995) - invited. I-12. "CdTe/CdMnTe diluted magnetic semiconductor structures grown by MBE", T. Wojtowicz, G. Karczewski, and J. Kossut, Polish-Lithuanian Symposium, Warsaw, Poland (1995)- abstract only - invited. I-13. "MBE growth and characterization of layers and low-dimensional structures of Diluted Magnetic Semiconductors", T. Wojtowicz, Dutch-Polish Colloquium, Nijmegen, The Netherlands, January 26-27 (1995) - abstract only - invited. I-14. "Universal conductance fluctuations in submicron wires of Cd 1-x Mn x Te", T. Dietl, J. Jaroszynski, G. Grabecki, J. Wrobel, M. Sawicki, T. Skoskiewicz, E. Kaminska, A. Piotrowska, G. Karczewski, T. Wojtowicz, and J. Kossut, Semiconductor Science and Technology 11, 1618 (1996)- invited. I-15. "Doping and characterization of wide-gap II-VI epilayers", G. Karczewski and T. Wojtowicz, Acta Physica Polonica A 90, 635 (1996)- invited. I-16. "Graded low dimensional structures", T. Wojtowicz, Seminar on Technology, Research and Applications of Epitaxially Grown Low Dimensional Structures, Bachotek, Poland (1996)- abstract only - invited. I-17. "Resonant Polaron Effect of Shallow Indium Donors in CdTe", M. Grynberg, S. Huant, M. L. Sadowski, G. Martinez, J. Kossut, T. Wojtowicz, G. Karczewski, J. M. Shi, F. M. Peeters, and J. T. Devreese, Proc. 7th Int. Conf. on Phys. of Shallow-Level Centres in Semiconductors (Amsterdam 1996), Eds. C. A. J. Ammerlaan and B. Pajot, (World Scientific, Singapore 1997) p. 1 (1997) - invited. I-18. "Iodine- and indium-doping of diluted magnetic semiconductors - a comparative study", G. Karczewski, J. Jaroszynski, M. Kutrowski, A. Barcz, T. Wojtowicz, and J. Kossut, Extended abstracts of Japanese-Polish Symposium on Diluted Magnetic Semiconductor, Warsaw, September 1997, p. 86 (1997) - invited. I-19. "On the Possibility of Real Exciton Free-Magnetic Polarons in Two-Dimensional Diluted Magnetic Semiconductors", S. Takeyama, T. Karasawa, G. Karczewski, T. Wojtowicz, and J. Kossut, Int. Symposium on Quantum Structure for Photonic Applications, (IMR Workshop, Tohoku University, March 6-9, 1997), in Nonlinear Optics Principles, Materials, Phenomena, and Devices, (Gordon & Breach Science Publishers), Vol 18 (2-4), p. 199 (1997) - invited. I-20. "Spatially Graded Diluted Magnetic Semiconductor Quantum Structures", T. Wojtowicz, M. Kutrowski, G. Cywinski, G. Karczewski, E. Janik, E. Dynowska, J. Kossut, P. Kossacki, R. Fiederling, D. R. Yakovlev, and W. Ossau, Extended abstracts of Japanese-Polish Symposium on Diluted Magnetic Semiconductor, Warsaw, September 1997, p. 26 (1997) - invited. I-21. "Excitons in novel diluted magnetic semiconductor quantum structures", T. Wojtowicz, G. Karczewski, and J. Kossut, Thin Solid Films 306, 271 (1997)- invited. I-22. "Spin exchange interaction between excitons and magnetic ions in CdTe/Cd(1-x)Mn(x)Te single quantum well structures under high magnetic field and pressure", H. Yokoi, Y. Kukudate, S. Fujiwara, S. Takeyama, H. Kunimatsu, K. Uchida, T. Schmiedel, S. Tozer, T. Wojtowicz, G. Karczewski, and J. Kossut, 8
Extended abstracts of Japanese-Polish Symposium on Diluted Magnetic Semiconductor, Warsaw, September 1997, p. 94 (1997) - invited. I-23. "Novel II-VI low-dimensional structures with spatial grading", T. Wojtowicz, IV Dutch-Polish Coloquium on Condensed Matter Physics: Low-dimensional systems, mesoscopics and localization, Krakow, Przegorzaly, Poland (1998) - abstract only - invited. I-24. "Graded quantum well structures made of diluted magnetic semiconductors", T. Wojtowicz, M. Kutrowski, G. Karczewski, and J. Kossut, Acta Physica Polonica A 94, 199 (1998) - invited. I-25. "Combined exciton-electron processes in modulation doped quantum well structures", V. Kochereshko, D. R. Yakovlev, T. Wojtowicz, M. Kutrowski, G. Karczewski, J. Kossut, J. Nurnberger, W. Faschinger, M. Keim, A. Waag, W. Ossau, and G. Landwehr, Int. Workshop on "Exctiton and Carriers in Confined Systems", Obory, Poland (1999) - abstract only - invited. I-26. "Negatively Charged excitons in modulation doped graded Cd(1-x)Mn(x)Te/Cd(1-y)Mg(y)Te structures", M. Kutrowski, T. Wojtowicz, G. Karczewski, J. Kossut, D. R. Yakovlev, W. Ossau, G. Landwehr, V. Kochereshko, G. V. Astakhov, F. J. Teran, and M. Potemski, Int. Workshop on "Exctiton and Carriers in Confined Systems", Obory, Poland (1999) - abstract only - invited. I-27. "Photo-induced magnetic polarons in low-dimensional dilute magnetic semiconductors", S. Takeyama, S. Adachi, Y. Takagi, G. Karczewski, T. Wojtowicz, J. Kossut, and T. Karasawa, Materials Science & Engineering B 63, 111 (1999) - invited. I-28. "Formation of negatively charged excitons in high magnetic fields ", P. C. M. Christianen, C. R. L. P. N. Jeukens, F. Pulizzi, W. H. A. Thijssen, J. C. Maan, D. R. Yakovlev, W. Ossau, and T. Wojtowicz, NATO Advandced Research Workshop on:"optical Probing of Many Body Effects in Nanostructures", Wurzburg, Germany, p. L6 (2000) - abstract only - invited. I-29. "Faraday rotation in studies of excitons interacting with 2D carrier gas ", J. Gaj, A. Golnik, P. Kossacki, W. Mac, W. Maslana, J. Cibert, S. Tatarenko, T. Wojtowicz, G. Karczewski, and J. Kossut, NATO Advandced Research Workshop on:"optical Probing of Many Body Effects in Nanostructures", Wurzburg, Germany, p. L1 (2000) - abstract only - invited. I-30. "Faraday rotation in studies of semimagnetic heterostructures with free carriers", J. Gaj, P. Kossacki, W. Maslana, J. Cibert, S. Tatarenko, and T. Wojtowicz, PAS-JSPS, Polish Japanese Seminar on Spin-Related Phenomena in Semiconductors, Sendai, Japan, September 11-12, 2000, p. 5 (2000) - abstract only - invited. I-31. "Cyclotron resonance in 2-dimensional electron systems of diluted magnetic semiconductors", Y. Imanaka, T. Takamasu, G. Kido, G. Karczewski, T. Wojtowicz, and J. Kossut, PAS-JSPS, Polish Japanese Seminar on Spin-Related Phenomena in Semiconductors, Sendai, Japan, September 11-12, 2000, p. 16 (2000) - abstract only - invited. I-32. "Quantum Hall effect in the highly spin-polarized electron system", J. Jaroszynski, G. Karczewski, T. Andrearczyk, T. Wojtowicz, J. Wrobel, E. Papis, E. Kaminska, A. Piotrowska, and T. Dietl, Physica B 280, 378 (2000) - invited. I-33. "Dynamics of Charged Excitons in CdTe-based Quantum Wells ", P. Kossacki, V. Ciulin, M. Kutrowski, J. Cibert, S. Tatarenko, S. Haacke, J. D. Ganiere, T. Wojtowicz, B. Deveaud, and J. Gaj, 9
NATO Advandced Research Workshop on:"optical Probing of Many Body Effects in Nanostructures", Wurzburg, Germany, p. L10 (2000) - abstract only - invited. I-34. "Diluted magnetic semiconductor hybrid structures and self-assembled quantum dots ", J. Kossut, K. Fronc, S. Mackowski, G. Karczewski, and T. Wojtowicz, Symposium I "Semiconductor Spintronics-Physics, Materials and Applications", Material Research Society (MRS) Fall Meeting, Boston, USA (2000) - abstract only - invited. I-35. "Optical and electron microscopic studies of CdTe/ZnTe self-assembled quantum dots", S. Mackowski, G. Karczewski, T. Wojtowicz, A. Szczepanska, S. Kret, P. Dluzewski, J. Kossut, G. Prechtl, and W. Heiss, PAS-JSPS, Polish Japanese Seminar on Spin-Related Phenomena in Semiconductors, Sendai, Japan, September 11-12, 2000, p. 17 (2000) - abstract only - invited. I-36. "Spin splitting engineering of 2DEG in CdMnTe-based quantum structures", T. Wojtowicz, M. Kutrowski, G. Karczewski, J. Kossut, B. Konig, A. Keller, D. R. Yakovlev, A. Waag, J. Geurts, W. Ossau, G. Landwehr, I. A. Merkulov, G. V. Astakhov, V. Kochereshko, F. J. Teran, and M. Potemski, PAS-JSPS, Polish Japanese Seminar on Spin-Related Phenomena in Semiconductors, Sendai, Japan, September 11-12, 2000, p. 11 (2000) - abstract only - invited. I-37. "II-VI quantum structures with tunable electron g-factor", T. Wojtowicz, M. Kutrowski, G. Karczewski, J. Kossut, B. Konig, A. Keller, D. R. Yakovlev, A. Waag, J. Geurts, W. Ossau, G. Landwehr, I. A. Merkulov, F. J. Teran, and M. Potemski, Journal of Crystal Growth 214-215, 378 (2000) - invited. I-38. "Formation of negatively charged excitons in high magnetic fields", C. R. L. P. N. Jeukens, P. C. M. Christianen, J. C. Maan, D. R. Yakovlev, W. Ossau, T. Wojtowicz, G. Karczewski, and J. Kossut, Proc. XXV Int. Conf. on Physics of Semiconductors, Osaka 2000, Eds. N. Miura and T. Ando, (Springer) Berlin, p. 979 (2001) - invited. I-39. "Ferromagnetic III-Mn-V Semiconductors: Manipulation of Magnetic Properties by Annealing, Extrinsic Doping, and Multilayer Design" J. K. Furdyna, S. Lee, T. Wojtowicz, X. Liu, W. L. Lim, I. Kuryliszyn, Y. Sasaki, K. M. Yu, and W. Walukiewicz,, Journal of Korean Physical Society 42 pt. 1, S579 (2003)- invited. I-40. "Magnetic properties of above-room-temperature ferromagnetic GaSb/Mn digital alloys",, H. Luo, X. Chen, M. Na, M. Cheon, S. Wang, G. B. Kim, B. D. McCombe, X. Liu, F. Sasaki, T. Wojtowicz, J. K. Furdyna, S. J. Potashnik, and P. Schiffer,, Proc 2nd Int. Conf. on Physics and Application of Spin Related Phenomena in Semiconductors (2002) - abstract only - invited. I-41. "Optical studies of charged excitons in II-VI semiconductor quantum wells",, P. Kossacki, J. Cibert, V. Ciulin, M. Kutrowski, W. Maslana, S. Tatarenko, D. Ferrand, T. Wojtowicz, B. Deveaud, and J. Gaj,, Proc. XXVI Int. Conf. on Physics of Semiconductors, Edinburgh (2002)- invited I-42. "Coupling of Mn2+ spins with 2DEG in quantum Hall regime", F. J. Teran, M. Potemski, D. K. Maude, A. K. Hassan, D. Plantier, J. Jaroszynski, Z. Wilamowski, T. Wojtowicz, and G. Karczewski, The Int. Conf. on Superlattices, Nano-structures and Nano-device (ICSNN 2002), Toulouse (2002) - Physica E 17, 335 (2003) - invited. I-43. Thermodynamic limits to the maximum Curie temperature in GaMnAs W. Walukiewicz, K.M.Yu, T. Wojtowicz, J.K. Furdyna 2002 MRS Fall Meeting, December 2-5, 2002, Boston, Massachusetts (USA), abstract only - invited. 10
I-44. "Novel ferromagnetism in digital GaAs/Mn and GaSb/Mn alloys", B. D. McCombe, M. Na, X. Chen, M. Cheon, S. Wang, H. Luo, X. Liu, Y. Sasaki, T. Wojtowicz, J. K. Furdyna, S. J. Potashnik, and P. Schiffer, Physica E 16, 90 (2003) - invited. I-45. I-46. Electronic Effects in Epitaxial Growth of Ferromagnetic III 1-x Mn x V Alloys J. K. Furdyna, X. Liu, W. Walukiewicz, T. Wojtowicz, K. M. Yu, Lawrence Symposium on Critical Issues in Epitaxy, Tempe, Arizona, October 2003 extended abstract - invited. "Quantum Hall ferromagnetism in II-VI based alloys J. Jaroszyński, T. Andrearczyk, G. Karczewski, J. Wróbel, T. Wojtowicz, E. Papis, E. Kamińska, A. Piotrowska, Dragana Popovic, and T. Dietl, 11-th Int. Conf. on II-VI Compounds, Niagara Falls, New York, September 22-26, 2003 (USA) in press - invited. I-47. Above-room-temperature ferromagnetism in GaSb/Mn digital alloys H. Luo, G.B. Kim, M. Cheon, X. Chen, S. Wang, B.D. McCombe, Y. Sasaki, X. Liu, T. Wojtowicz, J.K. Furdyna, G. Boishin and L.J. Whitman APS March Meeting 2003, March 3-7, 2003, Austin, Texas (USA) - Bull. of American Phys. Soc. Vol. 48. No. 1, 382 (2003) - abstract only - invited. I-48. Ferromagnetic GaSb/Mn and InAs/Mn Digital Alloys H. Luo, G.B. Kim, M. Cheon, X. Chen, S. Wang, B.D. McCombe, Y. Sasaki, X. Liu, T. Wojtowicz, J.K. Furdyna, G. Boishin and L.J. Whitman 11-th International Conference on Narrow Gap Semiconductors, NGS-11, June 16-20, 2003, Buffalo, New York (USA) - Physica E 20, 338 (2004) invited. I-49. Mechanisms limiting the Curie temperature in GaMnAs T. Wojtowicz, W.L. Lim, X. Liu, M. Dobrowolska, J. K. Furdyna, K. M. Yu and W. Walukiewicz APS March Meeting 2003, March 3-7, 2003, Austin, Texas (USA Bull. of American Phys. Soc. Vol. 48. No. 1, 584 (2003) - abstract only invited. I-50. Mechanisms limiting the Curie temperature in GaMnAs T. Wojtowicz, W.L. Lim, X. Liu, M. Dobrowolska, and J. K. Furdyna, K. M. Yu and W. Walukiewicz, I. Vurgaftman and J. R. Meyer International Conference and School on Semiconductor Spintronics and Quantum Information Technology, Spintech II, August 4-8, 2003, Brugge (Belgium) - abstract only invited. I-51. "Growth and properties of ferromagnetic In(1-x)Mn(x)Sb alloys", T. Wojtowicz, W. Lim, X. Liu, G. Cywinski, M. Kutrowski, L. V. Titova, K. Yee, M. Dobrowolska, J. K. Furdyna, K. M. Yu, W. Walukiewicz, G. B. Kim, M. Cheon, X. Chen, S. M. Wang, H. Luo, I. Vurgaftman, and J. R. Meyer, 11-th International Conference on Narrow Gap Semiconductors, NGS-11, June 16-20, 2003, Buffalo, New York (USA) - Physica E 20, 325 (2004) invited. 11
Przebiegu pracy naukowej 1. Przed uzyskaniem stopnia doktora habilitowanego Urodziłem się 9 czerwca 1955 r w Katowicach. Po ukończeniu w 1975 r Technikum Elektroniczno- Mechanicznego o specjalności Elektroniczne Maszyny Matematyczne i zdaniu egzaminów wstępnych, rozpocząłem studia wyższe na Wydziale Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego. Studia ukończyłem w 1980 r uzyskując dyplom z wyróżnieniem. Pracę magisterska pt: Magnetooptyczne badania półprzewodników z wąską przerwą energetyczną w dalekiej podczerwieni wykonywałem pod kierunkiem prof. dr hab. M. Grynberga. W ramach tej pracy uruchomiłem, nie stosowaną uprzednio w Polsce, technikę strip-line. W tym celu nie tylko zaprojektowałem uchwyt potrzebny do pomiarów w magnesie nadprzewodzącym, ale także przeprowadziłem obliczenia teoretyczne transmisji światłowodu, niezbędne do analizy wyników. Przy użyciu tej techniki przeprowadziłem następnie pomiary rezonansu cyklotronowego w PbSe [1]. Moja praca magisterska została wyróżniona nagrodą Polskiego Towarzystwa Fizycznego. Badania techniką strip-line były dalej kontynuowane w materiale półmagnetycznym Pb 1-x Mn x Te [2,3]. Jeszcze przed ukończeniem studiów, w grudniu 1979 r, z rekomendacji prof. Grynberga rozpocząłem pracę w Instytucie Fizyki PAN. Tam też, pracując na stanowisku asystenta oraz starszego asystenta, prowadziłem badania, które stały się następnie podstawą rozprawy doktorskiej. Badania te, zaproponowane przez mojego opiekuna naukowego Prof. dr hab. A. Mycielskiego, dotyczyły transportu elektrycznego w p-typu kryształach półprzewodnika półmagnetycznego Hg 1-x Mn x Te. Aby je przeprowadzić musiałem najpierw uruchomić trudną technikę pomiarów oporności i stałej Halla w próbkach o bardzo wysokim oporze, rzędu 10 12 Ω. Zbudowałem w tym celu odpowiedni układ pomiarowy pozwalający na takie pomiary w przedziale temperatur od 300 K do 1.5 K i w polach magnetycznych do 7 T. Był to bodaj pierwszy w Instytucie skomputeryzowany układ pomiarowy, pozwalający na automatyczną akwizycję danych. W późniejszym okresie okazało się także celowe rozszerzenie pomiarów na obszar silnych pól magnetycznych do 20 T, które przeprowadziłem w Laboratorium Silnych Pól Magnetycznych w Grenoble, we współpracy z Prof. J. L. Robert. Część pomiarów dokonałem także w bardzo niskich temperaturach (do 20 mk) w chłodziarce rozcieńczalnikowej (po adaptacji układu pomiarowego dokonanej wspólnie z M. Sawickim ). Po roku pracy w IF, moja działalność naukowa przerwana została na okres dwunastu miesięcy, ze względu na pełnienie służby wojskowej (w latach 1981/1982). Pracę doktorską pt: Wpływ oddziaływania wymiennego na zjawiska transportu w Hg 1-x Mn x Te, której promotorem był Prof. dr hab. R.R. Gałązka, obroniłem w 1988 r. Doktorat mój został wyróżniony przez Radę Naukową IF PAN. Do najważniejszych wyników uzyskanych przeze mnie podczas wykonywania doktoratu należy: Wyznaczenie zależności od pola magnetycznego energii wiązania płytkich stanów akceptorowych w Hg 1-x Mn x Te (zjawisko wygotowywania nośników boil-off ) [4-9]. Zbadanie zjawiska gigantycznego ujemnego magnetooporu występującego w reżimie transportu hoppingowego oraz zaobserwowanie po raz pierwszy, indukowanej polem 12
magnetycznym, unikalnej zmiany znaku anizotropii funkcji falowej akceptorów w półprzewodnikach półmagnetycznych (w słabych polach funkcja falowa silnie puchnie w kierunku prostopadłym do kierunku pola, a następnie silnie się w tym kierunku kurczy) [10]. Odkrycie i zbadanie indukowanego polem magnetycznym przejścia od niemetalu do metalu w nowej klasie uniwersalności, wyznaczonej przez pełną polaryzacją spinową nośników (w tej dziedzinie współpracowałem z prof. dr hab. T. Dietlem). Taka pełna polaryzacja spinowa możliwa jest w półprzewodnikach półmagnetycznych dzięki, występującemu w tych materiałach, gigantycznemu rozszczepieniu spinowemu (m. inn. Ref [11]: T. Wojtowicz et al. Phys. Rev. Lett 56, 2419 (1986), [7,11-14]). W okresie wykonywania doktoratu oraz zaraz po jego zakończeniu, poza głównym nurtem zainteresowań, uczestniczyłem także w badaniach przewodnictwa Cd 1-x Mn x Se w obszarze słabej lokalizacji (m.inn Ref [15]: M. Sawicki et al. Phys. Rev. Lett 56, 508 (1986), [16,17]). W latach 1988-1990 przebywałem na trzyletnim stażu naukowym na Wydziale Fizyki Uniwersytetu Notre Dame w USA. Pracowałem tam jako post-doctoral research associate w grupie Prof. J. K. Furdyny. Zajmowałem się tam zagadnieniami, które można podzielić na cztery grupy: 13
Magnetooptyczne badania stanów akceptorowych w p-typu Hg 1-x Mn x Te w obszarze dalekiej podczerwieni. Było to rozszerzenie moich wcześniejszych badań prowadzonych metodami transportowymi. Zaobserwowano silnie zależną od pola magnetycznego i temperatury absorpcję nierezonansową. Absorpcja ta wykazywała także silną anizotropię, tj. zależała od tego czy pole elektryczne fali było prostopadłe czy równoległe do zewnętrznego pola magnetycznego. Zaproponowano interpretację tej absorpcji, jako związanej z absorpcją hoppingową [18]. Badania rezonansu cyklotronowego i plazmowo przesuniętego rezonansu cyklotronowego (PSCR) w cienkich warstwach α-sn hodowanych metodą MBE. Po raz pierwszy zaobserwowano PSCR dla częstości poniżej krawędzi plazmowej. Na podstawie przeprowadzonych eksperymentów, wyznaczono także po raz pierwszy z badań magnetooptycznych masę, element E p oraz oszacowano stałą dielektryczną α-sn [19]. Spektroskopia dalekiej podczerwieni supersieci HgTe/Hg 1-y Cd y Te. Na podstawie tych badań udało się opisać strukturę pasmową tych supersieci oraz wyznaczyć parametr nieciągłości pasma walencyjnego na granicy CdTe/HgTe. Zaobserwowano ciekawe zjawisko indukowania polem magnetycznym plazmy elektronowo-dziurowej [20-25]. Przegląd tych wyników przedstawiony był w referacie zaproszonym na Konferencji w Jaszowcu w 1991 r, Ref [26]: T. Wojtowicz et al. Acta Phys. Polon. A 80, 245 (1991). Badania domieszkowanych In oraz Ga kryształów litych Cd 1-x- Mn x Te 1-y Se y przy użyciu metod magnetooptycznych, transportowych i DLTS (Deep Level Tranisent Spectroscopy). Poszukiwano i znaleziono efekt trwałego fotoprzewodnictwa, lub ogólniej fotopamięci (FP) w tych materiałach. Zbadano mechanizm tego zjawiska i powiązano go z centrum o dużej relaksacji sieciowej [27-29]. Następnie efekt fotopamięci wykorzystano do zbadania, nieobserwowanego uprzednio, rezonansu spinowego elektronów związanych na donorach oraz zjawiska przewodnictwa hoppingowego [29,30]. Prace te zostały w większości włączone do habilitacji. Po powrocie do Polski kontynuowałem prace mające na celu zbadanie i wykorzystanie zjawiska fotopamięci w półprzewodnikach półmagnetycznych. W szczególności zaproponowałem i przeprowadziłem pomiary trwałej fotomagnetyzacji. Zjawisko to skorelowałem, poprzez jednoczesny pomiar przewodnictwa elektrycznego, z transformacją głębokich stanów w płytkie obsadzone stany donorowe. W tym celu dokonałem niezbędnej adaptacji układu magnetometru SQUID. Dokonałem w ten sposób pierwszego bezpośredniego pomiaru magnetyzacji związanych polaronów magnetycznych w półprzewodnikach półmagnetycznych (Ref [31]: T. Wojtowicz et al. Phys. Rev. Lett 70, 2317 (1993) oraz [29,32,33]). Wyniki te zgodne są z modelem ujemnej energii korelacji (negative- U) głębokiego centrum DX-podobnego w materiałach II-VI. Planowałem również rozszerzenie badań magnetyzacji polaronów na obszar silniejszych pól i temperatur millikelvinowych. Chciałem również wykorzystać zjawisko trwałego fotoprzewodnictwa do pomiarów przejścia niemetal-metal. Planów tych jednak już nie udało mi się zrealizować osobiście [34] ze względu na moje zaangażowanie w nowy, bardzo poważny projekt. W styczniu 1992 roku Prof. dr hab. R.R. Gałązka oraz Prof. dr hab. J. Kossut, ówczesny zastępca Dyrektora IF PAN do spraw naukowych, zwrócili się do mnie z pytaniem, czy nie podjąłbym się pokierować zespołem osób, których zadaniem byłoby uruchomienie w IF nowego laboratorium technologicznego. Podstawą Laboratorium miałoby być urządzenie do epitaksji z wiązek molekularnych MBE, którego zakup rozważano. 14
Zdając sobie sprawę z ważności uruchomienia nowoczesnej technologii MBE w Warszawie wyraziłem na to zgodę. Przedsięwzięcie to okazało się w warunkach polskich zadaniem bardzo poważnym. Oprócz przezwyciężania trudności obiektywnych, musieliśmy borykać się ze znacznymi ograniczeniami finansowymi (był to okres najbardziej trudny z punktu widzenia finansowania nauki w Polsce i zakup MBE został zrealizowany z bardzo ograniczonych środków własnych IF). Również ilość osób biorąca udział w pracach była istotnie mniejsza od oryginalnie planowanej. Nowe Laboratorium MBE uruchomiono w czerwcu 1993 r. W późniejszych latach dokonywaliśmy jeszcze zarówno modyfikacji Laboratorium, jak i jego rozbudowy, która trwa do dnia dzisiejszego. Wszystkimi pracami z tym związanymi kierowałem i kieruję obecnie. Od roku 1996 również formalnie, jako kierownik Zespołu Fizyki i Wzrostu Niskowymiarowych Kryształów Półprzewodnikowych. Samo utrzymanie Laboratorium w ruchu było również zadaniem poważnym, pochłaniającym sporą część mojego czasu. Oczywiście, wszystkie wyżej wymienione zadania były realizowane wysiłkiem zbiorowym. Dlatego chciałbym tu wymienić pozostałe osoby które brały w nich udział. Oprócz wymienionego już wcześniej inicjatora całego przedsięwzięcia - Prof. dr hab. Jacka Kossuta byli to: dr E. Janik (od kwietnia 1992 r), mgr. M. Kutrowski (od września 1992), mgr A. Zakrzewski (od października 1992), dr G. Karczewski (od lipca 1993 r), dr J. Jaroszyński (od listopada 1993 r) i mgr G. Cywiński (od marca 1995 r). Szczególnie istotną rolę w opracowywaniu samej technologii wzrostu, od momentu powrotu z USA, odgrywał dr Karczewski. Od chwili uruchomienia Laboratorium MBE moja działalność naukowa była ściśle związana z technologią i badaniami niskowymiarowych struktur półprzewodnikowych. Zmienił się także jej charakter, w tym sensie, że stała się ona pracą bardziej zespołową niż poprzednio. Tematyka technologiczna, którą się zajmowałem, określona została w ogólnych ramach już z chwilą podjęcia decyzji o zakupie konkretnej wersji aparatury MBE. W wyniki dyskusji z Prof. J. Kossutem doszliśmy do wniosku, że należy uruchomić technologię wzrostu niskowymiarowych struktur półprzewodnikowych z materiałów II-VI, wliczając w to półprzewodniki półmagnetyczne. System MBE EPI-620, kupiony w amerykańskiej firmie EPI, był systemem laboratoryjnym (ze względu na ograniczony budżet), pozwalającym na jednoczesne umieszczenie w komorze wzrostu tylko sześciu komórek efuzyjnych. Należało z tego powodu, już na początku zdecydować się na wąski typ związków, które będą hodowane. Nasz wybór padł na związki telluru. W początkowym okresie komórki wypełniliśmy pierwiastkami umożliwiającymi hodowanie struktur zbudowanych z kryształów binarnych CdTe, ZnTe i MnTe (tzn. CdTe, Cd, Te, Zn, Mn), oraz z ich dowolnych związków mieszanych. Jako domieszkę typu-n używaliśmy In. Ten ostatni wybór podyktowany był dwoma czynnikami. Po pierwsze chęcią jak najmniejszego zanieczyszczenia MBE (In charakteryzuje się niską prężnością par oraz i tak używany był do mocowania podłoży na uchwycie wzrostowym). Po drugie możliwością wykorzystania własności bistabilnych In do foto-domieszkowania struktur kwantowych. W późniejszym okresie komórkę CdTe zastąpiliśmy komórką wypełnioną Mg, co umożliwiło tworzenie dobrze dopasowanych sieciowo struktur zawierających składnik magnetyczny tylko w obszarze studni, albo takich, w których Mn rozłożony jest jednorodnie w całej strukturze. 15
Dodatkowo, domieszkowanie przy użyciu Indu zastąpiliśmy domieszkowaniem Jodem (z komórki wypełnionej ZnI 2 ) co pozwoliło na znaczne zwiększenie efektywności domieszkowania kryształów mieszanych Cd 1-x Mn x Te i Cd 1-y Mg y Te. Nasze prace badawcze poszły w trzech kierunkach: I. Badania standartowych typów struktur (np. cienkich warstw, prostokątnych studni kwantowych czy supersieci) zawierających jednak, jako element składowy, nowy materiał półprzewodnikowy. Do grupy takich materiałów, których technologię opracowaliśmy, zaliczyć należy nieistniejące w postaci kryształów litych związki kubiczne: MnTe [35-39] MgTe [40], Mg 1-x Mn x Te ( 0 x 1) [41,42], Cd 1-x Mn x Te ( 0.6 x 1 ) [43], Zn 1-x Mn x Te ( 0.6 x 1) oraz stopy cyfrowe MnTe/CdTe [44-47]. Nasze plany dotyczyły tutaj m. inn. zbadania bardzo głębokich studni kwantowych [48,49] (m. inn. polaronów magnetycznych w takich studniach [44,50-52]), badań magnetycznych wzbudzeń kolektywnych - magnonów - w warstwach [53-58], wyznaczenia magnetycznych diagramów fazowych nowych materiałów [59] oraz zbadania wpływu obniżania wymiarowości na fazę szkła spinowego [60-67]. Przegląd naszych wczesnych wyników w tej dziedzinie przedstawiony został w postaci referatu zaproszonego na Konferencji w Jaszowcu, w 1995 r (Ref [38]: T. Wojtowicz, G. Karczewski, J. Kossut, Acta. Phys. Polon. A 88, 631 (1995)). Patrz także referaty zaproszone z tej dziedziny: [68-74]. II. Badania struktur II-VI, szczególnie półmagnetycznych, domieszkowanych na typ n (zarówno w sposób standartowy jak i modulacyjny). Przyczyną naszego zainteresowania tym tematem była, m. inn., chęć zbadania, we współpracy z Prof. dr hab. T. Dietlem i jego zespołem, wpływu obniżania wymiarowości na zjawisko słabej lokalizacji, na kwantowe poprawki do przewodnictwa oraz na uniwersalne fluktuacje kwantowe przewodnictwa [75-78]. Oprócz tego naszym dalszym celem było zbadanie wpływu gigantycznego rozszczepienia spinowego na kwantowy efekt Halla i dlatego rozpoczęliśmy na początek badania efektu Halla w strukturach niemagnetycznych [79-81]. Metody transportowe wykorzystaliśmy również do badań własności magnetycznych [79,82,83]. Tematyka ta realizowana była pod względem technologicznym głównie przez dr Karczewskiego [84], a pod względem pomiarowym przez dr. J. Jaroszyńskiego (obaj z naszego zespołu). Zaproszony referat z tym tematem związany, przedstawiony był na Konferencji Jaszowiec 96 (Ref [85]: G. Karczewski and T. Wojtowicz, Acta. Phys. Polon. A 90, 635 (1996)) oraz na Konferencji Jaszowiec 99 przez dr. Jaroszyńskiego. Patrz także referaty zaproszone: [86-90]. III. Eksperymenty z zastosowaniem nowych rodzajów struktur, tak zaprojektowanych, aby umożliwić precyzyjne badania efektów fizycznych inaczej niedostępnych, lub niezmiernie trudnych do badań. W tej grupie wymienić należy pomiary struktur o profilowaniu wzdłuż albo w poprzek kierunku wzrostu. Profilowanie składu wzdłuż kierunku wzrostu umożliwiało wytwarzanie dowolnego kształtu potencjału wiążącego nośniki, wliczając w to kształt paraboliczny, półparaboliczny i trójkatny [91,92]. Oprócz potencjalnych zastosowań, struktury tego typu nadają się bardzo dobrze do wyznaczenia parametru nieciągłości pasm na granicach pomiędzy różnymi materiałami. Właśnie wyznaczenie tego parametru dla systemów CdTe/MnTe oraz CdTe/MgTe było jednym z naszych celów [91,93-96]. Struktury tego typu umożliwiają również specyficzną inżynierię rozszczepienia spinowego [92,96]. Charakteryzują się one także energią wiązania ekscytonów, zwiększoną więcej niż ma to miejsce w przypadku studni prostokątnych [92,97]. Profilowanie w kierunku prostopadłym do osi wzrostu pozwoliło 16
nam z kolei na otrzymanie struktur, w których jakiś określony parametr struktury zmieniał się w tym właśnie kierunku, w zadany ściśle sposób [96,98,99]. Parametrem tym mogła być: szerokość studni kwantowej, szerokość bariery oddzielającej studnie kwantowe czy wreszcie koncentracja dwuwymiarowego gazu elektronowego. Tak więc w jednym wzroście można było otrzymać niejako zestaw próbek nadający się do przeprowadzenia całej serii pomiarów w funkcji danego parametru. Oczywistą zaletą takiego zestawu próbek jest to, że skoro próbki zostały wyhodowane w jednym procesie technologicznym, to pozostałe ich charakterystyki, mogące rzutować na wynik badań, są praktycznie identyczne w całym zestawie. Struktury tego typu chcieliśmy zastosować m. inn. do bardzo precyzyjnych badań ewolucji widm optycznych studni kwantowych zachodzącej wskutek rosnącej koncentracji dwuwymiarowego gazu elektronowego. W szczególności chodziło o zbadanie kompleksów elektronowoekscytonowych (tzw. X - lub trion) [96,99,100] oraz kombinowanych rezonansów ekscytonowo-cyklotronowych [101-104]. Przegląd wyników uzyskanych w tej dziedzinie opublikowano w postaci dwóch referatów zaproszonych: [92]:T. Wojtowicz, G. Karczewski, J. Kossut, Thin Solid Films 306, 271 (1996) i [96]: T. Wojtowicz, M. Kutrowski, G. Karczewski, J. Kossut, Acta. Phys. Polon. A 94, 199 (1998). Patrz także Ref. [105-107]. Ten obszar badań, w części dotyczącej głównie półprzewodników półmagnetycznych, został włączony do mojej habilitacji. 17
2. Po uzyskaniu stopnia doktora habilitowanego * Od momentu złożeniu rozprawy habilitacyjnej, w maju 1999 r, głównym obiektem moich zainteresowań naukowych pozostały w dalszym ciągu niskowymiarowe struktury zbudowane z rozcieńczonych półprzewodników magnetycznych (RPM) zawierających Mn. Badania swoje, które początkowo dotyczyły wyłącznie związków A II B VI, rozszerzyłem po roku 2000 również na ferromagnetyczne półprzewodniki A III B V. Było to możliwe dzięki współpracy z grupą Prof. J. Furdyny z Notre Dame University w USA oraz grupą Prof. H. Ohno z Tohoku University w Sendai, w Japonii. Moje prace dotyczyły zarówno otrzymywania struktur qasi dwu-, jedno- i zero-wymiarowych (wliczając w to struktury modulacyjnie domieszkowane na typ p i n) jak i badania ich własności fizycznych. Perspektywicznym ukierunkowaniem tych prac jest zbadanie możliwości wykorzystania spinowego stopnia swobody do budowy nowego typu przyrządów półprzewodnikowych, mających stać się podstawą elektroniki przyszłości, tzw. spintroniki. Dla elektroniki spinowej istotne znaczenie ma duża wartość rozszczepienia spinowego nośników oraz możliwość precyzyjnego strojenia tego rozszczepienia przez czynniki zewnętrzne. Ponieważ powyższe własności wykazują rozcieńczone półprzewodniki magnetyczne (ze względu na istniejące w nich silne sprzężenie wymienne sp-d pomiędzy spinami ruchliwych elektronów pasmowych a zlokalizowanymi momentami spinowymi jonów paramagnetycznych), struktury kwantowe wykonane z tych materiałów nadają się bardzo dobrze do testowania prototypów nowych urządzeń elektroniki spinowej. Ostatnio przy użyciu tych materiałów wykazano możliwość wstrzykiwania całkowicie spinowo spolaryzowanych nośników z jednego obszaru struktury półprzewodnikowej do drugiego. Jest to zjawisko o podstawowym znaczeniu dla spintroniki. Swobodne nośniki w rozcieńczonych półprzewodnikach magnetycznych dostarczają również mechanizmu sprzężenia pomiędzy zlokalizowanymi spinami Mn, które prowadzić może do powstawania, zaobserwowanego ostatnio zarówno w związkach A III B V jak i A II B VI, zjawiska ferromagnetyzmu. To daje nadzieję na zbudowanie w przyszłości nowego typu przyrządów spintronicznych integrujący w sobie funkcje pamięci i przetwarzania danych. Największe jednak nadzieje, choć jednocześnie najbardziej odległe, wiązane są obecnie z zastosowaniem spinu w komputerach kwantowych. Tutaj, przykładowo, stan spinowy elektronu w kropce kwantowej może stać się, zgodnie z propozycją Lossa i DiVincenzo, podstawową jednostką informacji - kwantowym bitem (Q-bitem). I w tej dziedzinie również rozcieńczone półprzewodniki magnetyczne mogą znaleźć zastosowanie, jako że dają one nowe możliwości zarówno przygotowania stanu spinowego, jego adresowania jak i odczytu. W tym kontekście dotychczasowe ograniczenie w zastosowaniach RPM i związane z wymaganą dla nich niską temperaturą pracy, nawet gdyby nie udało się go przezwyciężyć, przestaje być aż tak istotne. Niewyobrażalne wręcz zwiększenie szybkości obliczeń dla pewnych problemów w komputerach kwantowych - w porównaniu z komputerami klasycznymi - może spowodować, że opłacało się bowiem będzie - dla uzyskania tak istotnego skrócenia czasu obliczeń - schładzać procesor nawet do temperatur subkelvinowych. * W poniższej części będę się odnosił jedynie do prac opublikowanych w latach 2000-2003. Rozprawę habilitacyjna złożyłem w maju 1999 r a moje kolokwium habilitacyjne odbyło się w kwietniu 2000 r. 18
A. Badania struktur kwantowych rozcieńczonych półprzewodników magnetycznych A II -B VI Moje badania dotyczące związków A II -B VI do grudnia 2000 r w dużej mierze związane były z realizacją kierowanego przeze mnie zadania No. 8 w projekcie badawczym zamawianym PBZ.028.11 zatytułowanego: Dwu-, jedno- i zero-wymiarowe półprzewodnikowe heterostruktury kwantowe z tellurków metali II grupy i rozcieńczonych półprzewodników magnetycznych w aspekcie zastosowań optoelektronicznych. Szereg prowadzonych w 2000 r badań było więc kontynuacją tych rozpoczętych w latach uprzednich. Podjęliśmy jednak w tym okresie również nowe tematy badawcze. Wśród nich za najciekawszy uważam badania w kierunku otrzymania i pomiarów własności fizycznych drutów i kropek kwantowych indukowanych w studni wykonanej z rozcieńczonego półprzewodnika magnetycznego przy pomocy silnie lokalnego pola magnetycznego, pochodzącego od nanomagnesu (tj. w strukturach hybrydowych - patrz poniżej). Podstawową bazą technologiczną moich badań było w dalszym ciągu laboratorium epitaksji z wiązek molekularnych (MBE) zespołu SL3.1 (którego jestem kierownikiem), gdzie posiadamy urządzenie MBE skonfigurowane do wzrostu związków typu CdTe, ZnTe, MgTe i MnTe (i wszystkich związków mieszanych zbudowanych na ich bazie). Możliwości wzrostu różnych typów struktur niskowymiarowych A II B VI zostały jednak istotnie poszerzone w roku 2000, poprzez zakup komórki do domieszkowania azotem na typ p (fundusze na ten cel zdobył Prof. Kossut w ramach grantu Fundacji na Rzecz Nauki ). Jest to komórka plazmowa, której zainstalowanie związane było z koniecznością istotnej przebudowy laboratorium MBE w zakresie chłodzenia wodą w obiegu zamkniętym oraz wykonaniem odpowiedniej instalacji ultra czystego azotu. Pracami tymi, jak również samym zakupem komórki, kierowałem do momentu wyjazdu do USA (w kwietniu 2001 r patrz dalej). Większość tych prac z kolei została zorganizowana albo wykonana przez mojego doktoranta, mgr. Grzegorza Cywińskiego. W 2001 r wykonano już w SL3.1 (bez mojego bezpośredniego udziału) szeregu udanych wzrostów warstw ZnTe i CdTe domieszkowanych azotem. W latach 1999/2000 w naszym zespole uruchomiliśmy także laboratorium do pomiarów optycznych. Własne laboratorium pozwalające na szybką charakteryzację hodowanych struktur okazało się nam bowiem niezbędne dla opracowania technologii struktur kwantowych jedno- i zero-wymiarowych (patrz dalej). W tym zakresie znowu gro prac wykonanych zostało pod moim kierunkiem i z moją pomocą przez mgr Cywińskiego. Budowa tego laboratorium (trwająca w sumie kilka lat) możliwa była dzięki środkom z Grantu Inwestycyjnego (Prof. J. Kossuta) oraz ze środków Zadania 8 Projektu Badawczego Zamawianego PBZ.028.11 (którego byłem kierownikiem). Laboratorium umożliwia obecnie pomiary odbicia, transmisji, luminescencji, PLE, µ-pl oraz µ-ple w szerokim zakresie temperatur i pól magnetycznych. Jest ono wyposażone w niezbędne lasery oraz monochromator o dużej zdolności rozdzielczej (z CCD oraz PM a także z mikroskopem optycznym). Kriostat przepływowy do pomiarów µ-pl został zbudowany, ze względu na ograniczone środki finansowe, w Instytucie - w laboratorium SL-2 (przez dr W. Plesiewicza). Również kriostat helowy do zakupionej cewki nadprzewodzącej został wykonany w SL2. Wszystkie prace dotyczące rozbudowy laboratorium SL3.1 wymagały mojego dużego zaangażowania czasowego. 19
Prace badawcze z lat 2000-2002 w dziedzinie półprzewodników A II -B VI można pogrupować w następujące grupy tematyczne (dla każdego tematu wymieniono jedynie część uzyskanych wyników): I. Otrzymywanie i badania warstw i struktur quasi-dwuwymiarowych Wykazano możliwości unikalnej inżynierii spinowej w strukturach rozcieńczonych półprzewodników magnetycznych [108,109]. Jest to ważne dla potrzeb elektroniki przyszłości spintroniki. Jednym z mechanizmów tej inżynierii jest modyfikowanie własności spinowych poprzez zmianę całki wymiany s-d (dotyczącej elektronów z pasma przewodnictwa w RPM) w warunkach kwantowego ograniczenia ruchu. Przeprowadzono badania studni CdTe/CdMnTe w obecności wysokiego ciśnienia i wyznaczono wpływ tego ciśnienia na oddziaływanie wymienne [110-112]. Zademonstrowano możliwość zbudowania spektrometru fononów opartego na wykorzystaniu indukowanej fononami zmiany magnetyzacji warstwy CdMnTe. Zmiana magnetyzacji rejestrowana była przy pomocy cewki zbierającej [113]. Przeprowadzono badania fal spinowych w MnTe o strukturze blendy cynkowej z użyciem nieelastycznego rozpraszania neutronów [114,115]. II. Otrzymywanie i badania struktur niskowymiarowych zawierających dwuwymiarowy gaz elektronowy Dzięki zoptymalizowaniu modulacyjnego domieszkowania jodem uzyskano niemagnetyczne a także półmagnetyczne struktury kwantowe zawierające dwuwymiarowy gaz elektronowy (2DEG) o rekordowej w skali światowej ruchliwości (wśród tego typu materiałów II-VI). Pozwoliło to na przeprowadzenie szeregu unikalnych eksperymentów: Wykonano pomiary rezonansu cyklotronowego [116,117] oraz fotoluminescencji w obecności ultra silnych pól magnetycznych dla różnych współczynników wypełnienia pasma ν [118-122]. Stwierdzono również silny wpływ efektów wielociałowych na własności optyczne struktur ze spolaryzowanym spinowo dwuwymiarowym gazem elektronowym [123,124]. Przeprowadzono pomiary magnetooporu [125,126] i badania kwantowego efektu Halla [127-129] w systemie dwuwymiarowych elektronów o silnej polaryzacji spinowej. Ostatnio także zaobserwowano Quantum Hall Ferromagnetism w tego typu systemie [130-133]. Zaobserwowano kolektywny charakter wzbudzeń spinowych w systemie spinów Mn(2+) sprzężonym z dwu-wymiarowym gazem elektronowym [134,135]. Dokonano pomiarów własności ujemnie naładowanych ekscytonów (trionów). Badano wpływ pola magnetycznego na procesy formowania i rekombinacji trionów i ekscytonów dla różnych wartości g-czynnika elektronów [136-140]. Przeprowadzono bezpośrednie pomiary dynamiki trionów, wyznaczając ich czas formowania oraz radiacyjny czas życia [141-147]. Dokonano badań procesów dynamicznej równowagi pomiędzy ekscytonami, trionami i elektronami [139,148]. Wyznaczono także czasy relaksacji spinowej trionów [146,149]. W badaniach trionów zaobserwowano również i zbadano bardzo ciekawe 20
zjawisko wpływu światła na koncentrację 2DEG a więc i na intensywność różnych przejść optycznych [150] (była to część doktoratu M. Kutrowskiego). Wykorzystując zmianę luminescencji indukowaną przez mikrofale (w eksperymencie optycznie detekowanego elektronowego rezonansu spinowego) wyznaczono indukowny mikrofalami czas odwrócenia spinu elektronu (electron spin-flip time) [151]. Wreszcie pokazano, że efekt Faradaya jest bardzo efektywną techniką do badań trinów [152-155]. Zbadano szereg innych wzbudzeń elementarnych studni kwantowych związanych z obecnością dwuwymiarowego gazu elektronowego: kombinowane rezonanse cyklotronowo-ekcytonowe i trionowo-ekscytonowe [156-162], a także plazmony [163] oraz wzbudzeń spinowych w spinowo spolaryzowanym gazie elektronowym [164]. Przeprowadzono pomiary optycznej anizotropii w płaszczyźnie dla półmagnetycznych studni parabolicznych i półparabolicznych z CdMnTe [165]. Przeprowadzono badania rozpraszania Ramana [166] oraz relaksacji spin-sieć w rozcieńczonych półprzewodnikach magnetycznych [167-169], wpływu na tą relaksacje dwuwymiarowego gazu elektronowego [170-172], a także relaksacji spinowej elektronów i dziur [173]. Zbadano także mechanizm transferu energii pomiędzy fotowzbudzonymi nośnikami a układem jonów magnetycznych w obecności 2DEG [174]. III. Otrzymywanie i badania struktur hybrydowych Zaproponowano unikalną metodę otrzymywania obiektów quasi jedno- i zero-wymiarowych (drutów i kropek kwantowych) z wykorzystaniem silnie lokalnego pola magnetycznego produkowanego przez nanomagnesy. Jest to możliwość specyficzna dla struktur wykonanych z rozcieńczonych półprzewodników magnetycznych. W strukturach takich bowiem lokalne pole magnetyczne prowadzi do lokalnego gigantycznego rozszczepienia spinowego, a tym samym do lokalnego minimum energetycznego dla stanów ekscytonowych. Proof of concept metody został dokonany z zastosowaniem warstw Fe oraz Co osadzanych metodą sputteringu na struktury kwantowe z uprzednio wytworzoną maską. Maski te wykonywane były w Laboratorium Prof. Dietla przy użyciu nanolitografii elektronowej [175,176]. Przeprowadzono pomiary mikroluminescencji pobudzanej zarówno optycznie [177,178] jak i elektronami (katodoluminescencja) [179] w strukturach hybrydowych o mikronowych rozmiarach magnesów. Badania te wchodzą w zakres doktoratu mgr Cywińskiego (którego jestem promotorem). IV. Otrzymywanie i badania obiektów quasi zero-wymiarowych Wykazano powstawanie quasi zero-wymiarowych ekscytonów w strukturach studni CdTe/CdMnTe i związanych z lokalizacją na fluktuacjach grubości studni [180]. Wyhodowano i zbadano kropki kwantowe CdTe w matrycy ZnTe, samopowstające ze względu na duże niedopasowanie sieciowe obu materiałów [176,181,182]. Zaobserwowano przestrzenną korelację pomiędzy położeniem kropek w warstwach oddzielonych od siebie cienkimi warstwami ZnTe [183,184]. B. Badania ferromagnetycznych struktur półprzewodników A III -B V 21