Badaniem właściwości pojedynczych warstw kryształu półprzewodnikowych zajmuje się dr Joanna Jadczak z W11. Samo oddzielanie warstw nie jest trudne, ale znalezienie warstwy grubości mniejszej niż nanometr wymaga wprawy oraz optycznego mikroskopu. Wyniki mogą być wykorzystywane m.in. w optoelektronice.

Techniki eksfoliacji mechanicznej, czyli oddzielania pojedyńczych warstw kryształu, dr Joanna Jadczak nauczyła się już na Politechnice Wrocławskiej. Natomiast kryształy do badań otrzymała na Uniwersytecie Technicznym w Tajpej (Tajwan), gdzie spędziła siedem miesięcy na stażu podoktorskim.

- W Tajpej pracowałam w grupie z fizykami i chemikami, którzy zajmowali się wzrostem kryształów (tzw. dichalkogenków metali przejściowych). Mają one formę i wygląd kryształu warstwowego. Można je położyć na dłoni i obejrzeć gołym okiem. To właśnie wtedy zainteresowałam się tymi materiałami. Gdy kończyłam staż, dostałam od profesora wiele próbek, które są dość drogie, bo półcentymetrowy kryształ kosztuje ok. 300 dolarów – opowiada dr Joanna Jadczak z Wydziału Podstawowych Problemów Techniki.

Samo oddzielanie warstw nie jest trudne, ale najpierw, przy pomocy mikroskopu optycznego, trzeba nauczyć się ich szukać. Umieć dostrzec czy warstwa nie jest uszkodzona, zadbać, aby w trakcie oddzielania nie pozwijała się oraz mieć pewność, że uchwyciło się pojedynczą warstwę. Początkowo szukanie takiej warstwy zajmowało naszej doktorantce około pół godziny. Obecnie potrafi ją znaleźć nawet już w dwie minuty.

Warstwy niewidoczne dla oczu

- Pojedynczej warstwy nie widać gołym okiem, bo ma grubość atomową, to mniej niż jeden nanometr. Ponadto taka odseparowana warstwa jest niestabilna. Trzeba uważać, aby jej nie uszkodzić, do tego dobrać podłoże krzemowe z utlenioną warstwą krzemu o odpowiedniej grubości. Aby potem, z wykorzystaniem kontrastu optycznego, móc ją obserwować i przebadać – tłumaczy dr Joanna Jadczak. 

W 2015 r. badaczka z W11 wróciła do Polski i razem ze swoim promotorem prof. Leszkiem Bryją zaczęli budować laboratorium. W ciągu dwóch lat stworzyli układ pomiarowy do badań spektroskopii optycznej struktur niskowymiarowych, umożliwiający równoczesne pomiary widm odbicia, fotoluminescencji, pobudzania fotoluminescencji w szerokim zakresie temperatur od 7 do 300 K. Do badań niskotemperaturowych uruchomili kriostat pracujący w obiegu zamkniętym helu z niskim poziomem wibracji. Gdy do zespołu dołączyła Joanna Kutorowska-Girzycka - zajęli się badaniem podstawowych właściwości fizycznych kryształów, bo są one wyjątkowe. Żeby je poznać, trzeba się w ten niskowymiarowy świat mocno zagłębić.

- Warstwy, które oddzielamy to półprzewodniki, które w przyszłości mogą być wykorzystywane m.in. w optoelektronice i spintronice (odmiana elektroniki, w której brany jest pod uwagę spin, czyli moment pędu cząstki) lub spektroskopii optycznej jako czujniki pewnych gazów. Taka pojedyncza warstwa materiału jest bardzo czuła, na to, co na niej się adsorbuje, czyli w warunkach normalnych - cząsteczki wody i tlenu. Poprzez selektywne pobudzanie spolaryzowanym kołowo światłem tego półprzewodnika można otrzymać światło o odpowiedniej polaryzacji – wyjaśnia badaczka z W11.

Dr Joanna Jadczak uważa, że obecna nauka bardzo szybko się rozwija i zmienia, dlatego ważne jest, aby trafić do dobrej grupy badawczej, która pozwoli na rozwój. Kiedyś uważała, że karierę naukową można zrobić tylko i wyłącznie za granicą.

- Teraz myślę, że aby polska nauka się rozwijała, potencjał, czyli naukowcy, powinien zostać w kraju. - mówi dr Joanna Jadczak.  Jej zdaniem dopóki nie zaczniemy budować dobrej jakości laboratoriów, to ciągle będziemy tkwić w tym samym miejscu.

- To nie jest tak, że możemy sobie tylko pomarzyć o pewnych badaniach, czy je obserwować. My już je robimy, tu na Politechnice. I co ważne - nikt nam nie powiedział, jak mamy to robić. Sami do tego doszliśmy – mówi dr Jadczak.

Ula Małecka