© Adrian RADU 2007
 
ENGLISH VERSION

Proiect: PN-II-ID-PCE-2011-3-0224
Numar contract: 60/2011

Finantat de: UEFISCDI, Romania
Titlu: Analogii între transportul electronilor în nanostructuri şi propagarea luminii
Valoare: 1.500.000 lei
Durata: 60 luni, de la 05.10.2011 to 03.10.2016
Coordonator: Universitatea din Bucureşti
Director de proiect: Prof.univ.dr. Daniela Dragoman
Contact: danieladragoman@yahoo.com

Rezumat:

Bazat pe faptul că analogiile au jucat un rol important în dezvoltarea multor domenii ale fizicii, proiectul investighează analogiile între propagarea undelor electromagnetice şi transportul purtătorilor de sarcină în nanostructuri. Aceste structuri nanometrice includ semiconductori obişnuţi în care electronii sunt descrişi de ecuaţia Schrödinger şi grafena, în care electronii cu energii scăzute satisfac o ecuaţie de tip Dirac. În primul caz, analogiile sunt justificate de similaritatea formală dintre ecuaţia Schrödinger independentă de timp şi ecuaţia Helmholtz, pe când în al doilea caz funcţia de undă spinorială în grafenă poate fi pusă în corespondenţă cu stările de polarizare ale luminii, cu componentele câmpului electromagnetic, sau cu propagarea luminii în structuri fotonice cu bandă interzisă şi cu periodicitate spaţială hexagonală.
Deşi electronii şi fotonii diferă în multe privinţe, cum ar fi statistica cuantică sau sarcina electrică, analogiile între aceste particule au fost evidenţiate atât în regimul de transport balistic (fără împrăştieri), cât şi în prezenţa împrăştierilor multiple în condiţiile în care este menţinută coerenţa fazei electronilor.
Scopul proiectului este să dezvolte analogii care nu au fost studiate până în prezent, cu intenţia de a sublinia atât diferenţele cât şi similarităţile între propagarea electronilor şi fotonilor. În particular, proiectul va contribui atât teoretic cât şi experimental la o mai bună înţelegere a transportului de sarcină în nanoconductori dezordonaţi cu o distribuţie neomogenă şi asimetrică a centrilor de împrăştiere. Rezultatele obţinute în cadrul proiectului pot contribui la dezvoltarea unor dispozitive noi bazate pe analogia dintre propagarea electronilor şi luminii.
În prima parte a proiectului (2011-2012) se vor studia analogii între propagarea electronilor balistici descrişi de ecuaţiile Schrödinger sau Dirac şi propagarea luminii, a doua parte (2013-2014) fiind rezervată simulărilor numerice şi investigaţiilor experimentale a transportului electronic în nanoconductori dezordonaţi, cu distribuţie spaţială neuniformă a centrilor de împrăştiere.


Echipa: În afara directorului de proiect, echipa constă dintr-un cercetător cu experienţă, CSI, şi trei cercetători tineri, post-doci (unul dintre ei fiind doctorand în momentul începerii proiectului)
  1. Prof. Dr. Daniela DRAGOMAN - Director de Proiect
  2. Conf. Univ. Dr. Lucian ION
  3. Lect. Dr. Adrian RADU
  4. Lect. Dr. Sorina IFTIMIE
  5. Asist Dr. Tudor-Luca MITRAN
Rezultate preconizate în prima parte a proiectului (2011-2012)
Obiective: Studiul analogiilor între propagarea undelor de lumină şi electronii balistici care satisfac ecuaţia Schrödinger sau Dirac, în special a analogiilor care nu au fost puse în evidenţă în literatură.
    Activităţi:
  • Investigarea efectelor polarizării undelor electromagnetice asupra analogiilor electron-foton pentru electroni balistici care satisfac ecuaţia Schrödinger sau Dirac
  • Studiul analogiilor între câmpul electromagnetic şi electronii Schrödinger balistici care se propagă în medii anizotrope/heterostructuri de tip II, metamateriale sau în prezenţa efectelor de spin
  • Studiul analogiilor între electroni Dirac balistici şi câmpuri electromagnetice în medii girotrope şi electro-optice, medii complex conjugate, şi în cristale fotonice cu puncte Dirac
  • Dezvoltarea unor algoritmi de calcul pentru studiul nanostructurilor dezordonate şi neomogene
Rezultate preconizate în 2013
Obiective: Investigarea analogiilor între propagarea luminii şi electronii Schrödinger în structuri dezordonate cu distribuţie neomogenă de centri de împrăştiere
    Activităţi:
  • Dezvoltarea în continuare a unor algoritmi de calcul pentru studiul nanostructurilor dezordonate şi neomogene
  • Identificarea unor configuraţii de nanostructuri neomogene analoage unui mediu optic activ dezordonat
Rezultate preconizate în 2014
Obiective: Fabricarea şi caracterizarea morfologică şi structurală a nanofirelor dezordonate cu distribuţie neomogenă a centrilor de împrăştiere
    Activităţi:
  • Studiul influeţei distribuţiei neomogene a centrilor de împraştiere asupra transportului balistic al electronilor
  • Fabricarea nanofirelor cu densitate de purtători variabilă şi controlată
  • Caracterizarea structurală a acestor nanofire
Rezultate preconizate în 2015
Obiective: Caracterizarea electrică a nanofirelor fabricate în etapa din 2014 şi compararea datelor experimentale cu rezultatele simulărilor
    Activităţi:
  • Caracterizarea electrică a nanofirelor cu distribuţie neomogenă a centrilor de împrăştiere fabricate în 2014
Rezultate preconizate în 2016
Obiective: Caracterizarea electrică a nanofirelor fabricate în etapa din 2014-2015 şi compararea datelor experimentale cu rezultatele simulărilor
    Activităţi:
  • Compararea rezultatelor măsurătorilor cu prezicerile simulărilor numerice
  • Îmbunătăţirea algoritmilor de calcul
Raport ştiinţific sintetic privind implementarea proiectului


Lucrări ştiinţifice realizate pe tematica proiectului:

a) articole în reviste ISI:
  1. A. Radu, S. Iftimie, L. Ion, S. Antohe, D. Dragoman – Ni-based nanowire arrays as chemical and magnetic field sensors, trimisă spre publicare
  2. T.L. Mitran, G. Nemnes, L. Ion, D. Dragoman – Balistic electron transport in wrinkled superlattices, Physica E 81, 131-135, 2016
  3. T. L. Mitran, G. A. Nemnes, L. Ion, D. Dragoman - Effects of graded distribution of scattering centers on ballistic transport, J. Appl. Phys. 116, 124316, 2014
  4. D. Dragoman – Optical analogues of nanostructures with Rashba-Dresselhaus interactions, J. Opt. 16, 015710, 2014
  5. D. Dragoman – Dirac-Schrodinger transformations in contacted graphene structures, J. Appl. Phys. 113, 214312, 2013
  6. D. Dragoman, A. Radu, S. Iftimie – Optical analogues of chiral fermions in graphene, J. Opt. 15, 035710, 2013
  7. D. Dragoman – Influence of light polarization on the analogy between ballistic nanostructures and the electromagnetic field, J. Opt. Soc. Am. B 29, 1528-1534, 2012
  8. A. Radu, D. Dragoman, S. Iftimie – Steering and collimating ballistic electrons with amphoteric refraction, J. Appl. Phys. 112, 024318, 2012
  9. A. Dumitriu, D. Dragoman – Composite metamaterial for ballistic electrons, J. Phys. D 45, 485104, 2012
b) participări la manifestări ştiinţifice internaţionale:
  1. A. Radu, S. Iftimie, A.I. Calugar, A.-M. Raduta, L. Ion, S. Antohe, D. Dragoman – Optimization growth procedure of metallic segmented Ni nanowires for sensing devices, 11th International Conf. on Physics of Advanced Materials, 8-14 Sept. 2016, Cluj-Napoca, Romania
  2. S. Iftimie, A. Radu, A.I. Calugar, B. Bita, L. Ion, S. Antohe, D. Dragoman – Study of morphological, structural and electrical properties of Ni:Cu segmented nanowires, 11th International Conf. on Physics of Advanced Materials, 8-14 Sept. 2016, Cluj-Napoca, Romania
  3. A. Radu, S. Iftimie, A.I. Calugar, L. Ion, S. Antohe, D. Dragoman – Optimization of metallic segmented nanowires fabrication process using Al2O3 template, 16th International Balkan Workshop on Applied Physics and Materials Science, 7-9 July 2016, Constanta, Romania
  4. S. Iftimie, A. Radu, A.I. Calugar, B. Bita, L. Ion, S. Antohe, D. Dragoman – Study of physical properties of Ni:Cu segmented nanowires for sensing devices, 16th International Balkan Workshop on Applied Physics and Materials Science, 7-9 July 2016, Constanta, Romania
  5. D. Dragoman – Light-inspired ballistic nanostructure configurations, 16th International Balkan Workshop on Applied Physics and Materials Science, 7-9 July 2016, Constanta, Romania (plenary)
  6. D. Dragoman – Analogies between light and electrons in nanostructures. Applications, TIM 15-16 Physics Conference, 26-28 May 2016, Timisoara, Romania (invited contribution)
  7. A. Radu, S. Iftimie, L. Ion, S. Antohe, D. Dragoman – Study of magnetic response of segmented Cu/Ni nanowires, TIM 15-16 Physics Conference, 26-28 May 2016, Timisoara, Romania
  8. T.L. Mitran, G.A. Nemnes, L. Ion, D. Dragoman – Ballistic electron transport in wrinkled metamaterials, 8th International Conference on Advanced Materials (ROCAM 2015), 7-10 July 2015, Bucharest, Romania (rocam.unibuc.ro/rocam2015/Program_ROCAM2015_v8.pdf)
  9. A. Radu, S. Iftimie, T.L. Mitran, L. Ion, S. Dulcea, M. Mitrea, S. Antohe, D. Dragoman – Tunable magnetic response of segmented Cu/Ni nanowires, E-MRS (European Materials Research Society) Spring Meeting, 11-15 May 2015, Lille, France (www.european-mrs.com/2015-spring-symposium-ff-european-materials-research-society)
  10. T.L. Mitran, G.A. Nemnes, L. Ion, S. Iftimie, A. Radu, D. Dragoman – Ballistic scattering on nanoribbons with controlled disorder, EMRS 2014 Fall Meeting, 15-19 Sept., Warsaw, Poland
  11. A. Radu, S. Iftimie, T.L. Mitran, L. Ion, D. Dragoman – Ni nanowire arrays as glucose sensor, 2014 Fall Meeting, 15-19 Sept., Warsaw, Poland
  12. T. L. Mitran, L. Ion, D. Dragoman, Ballistic transport in disordered nanoribbons, 36th International Conferences, Oct, 14-16, 1013, Sinaia, Romania, pp 251-254
  13. A. Radu, S. Iftimie, D. Dragoman – Manipulating ballistic electrons by refraction at an interface between isotropic and anisotropic media, Proc. of 35th International Semiconductor Conf., Sinaia, Romania, 2012, pp. 113-116
  14. A. Dumitriu, D. Dragoman – Ballistic electron propagation in a composite metamaterial, Proc. of 35th International Semiconductor Conf., Sinaia, Romania, 2012, pp. 487-490
  15. S. Iftimie, A. Radu, D. Dragoman – Optical testing of ballistic transport in graphene devices, EMRS 2012 fall meeting, Poster
  16. D. Dragoman – Classical optical analogies of ballistic charge carriers in graphene, 518. WE Heraeus Seminar on Quantum-Optical Analogies: a Bridge Between Classical and Quantum Physics, invited paper
  17. S. Iftimie, A. Radu, D. Dragoman – Optical analogies of quantum chirality, 518. WE Heraeus Seminar on Quantum-Optical Analogies: a Bridge Between Classical and Quantum Physics, Poster

Actualizat la 29-sept-2016