НАУЧНА ДЕЙНОСТ НА КАТЕДРА ФКМ

Научната дейсност на катедрата включва изследвания на широк спектър от материали от твърдотелната и меката кондензирана материя. Такива са: • оксиди с перовскито-подобна структура и мултифероични хетероструктури за наноелектрониката; • многослойни наноструктури за информационните и комуникационните технологии и фотоволтаиката; • магнитни материали с различни приложения • биологични и медицински обекти (фотосинтетични пигменти: хлорофили, каротеноиди и други) • графен и графенов окис за армировка на композитни материали

Прилагат се модерни експериментални методите за изследване сред които Раманова и фотолуминесцентна спектроскопия, фотоволтаична спектроскопия, магнитни методи (хистерезис, анизотропия, магнетосъпротивление, възприемчивост). В сътрудничество с катедра ФТТ и МЕ се развива синтетичен метод за получаване на графенов окис. Използват се оригинални алгоритми за анализ на експерименталните резултати. Провежда се теоретичо моделиране на различни комплексни системи с потенциални технологични приложения.

Научни групи на катедра ФКМ

Лаборатория „Спектроскопия на кристали“ е основана от проф. Милко Илиев през 1987г. като междуфакултетна научно-изследователска лаборатория (след споразумение между катедра „Обща физика“, ФзФ и катедра „Литология и петрография“, ГГФ). Колеги от различни катедри на Физическия факултет, както и от институти на БАН провеждат измервания на поляризирани и неполяризирани Раманови, микро-Раманови и луминесцентни спектри при температури от 77 К до 600oC на различни материали (обект на интерес на изследователите) – неорганични монокристали на оксиди, керамики, въглеродни материали, биологични материали, полуповодници, минерали. Апаратурата включва микро-Раманов спектрометър LabRAM с фокусно разстояние на огледалата 800 mm и вграден He-Ne лазер, двоен Раманов спектрометър SPEX 1403, аргонов лазер Coherent Innova 300, макрокриостат Oxford Instruments Optistat и температурна клетка Linkam TH600. На Фиг. 1 е показан пример на поляризирани Раманови спектри на YCrO3. Фиг. 1. Поляризирани Раманови спектри на YCrO3 получени от (010) и (101) повърхности

Групата по "Магнетизъм" изследва i) магнитен хистерезис на феро- и феримагнитни материали (редкоземни сплави и състави, оксиди на преходните метали и др.) чрез вибрационен магнитометър с цел определяне на основните им характеристики (намагнитеност на насищане, остатъчна намагнитеност и коерцитивна сила); ii) магнитна възприемчивост и температура на Кюри на различни парамагнитни материали чрез високотемпературна фарадеева магнитна везна; iii) магнитна анизотропия и основните й характеристики по метода на въртящия момент чрез магнитен анизометър.

Групата „Наноструктури и фотоволтаика“ изследва различни полупроводникови наноструктури (квантови ями, жички, точки, свръхрешетки) и обемни материали предназначени за излъчватели, или приемници на светлина. Чрез спектроскопия на повърхностно фотонапрежение и/или фотопроводимост се получава информация за спектъра на оптично поглъщане, транспорта на фотогенерираните токоносители и ходът на енергетичните зони в III-V полупроводникови наноструктури, както и за дифузионна дължина на неосновните токови носители в материали за фотоволтаици (Si, Ga(In)As:N). Провеждат се пресмятания на спектри на отражение и пропускане на многослойни структури с грапави интерфейси, както и компютърни симулации на диелектричните свойства на Si/SiOx нанокомпозити. Работата е в тясно сътрудничество с лабораторията по Електронни и фононни свойства от катедра Физика на твърдото тяло и микроелектроника (ФТТМЕ).

Групата по "Биофизика" изследва i) светлинните реакции при процеса фотосинтеза и механизмите на тяхната регулация; ii) приложения, свързани с процеса фотосинтеза, като биогорива и други; iii) диагностика на заболявания при човека и проследяване на тяхното развитие чрез Раманова спектроскопия. Обекти на изследване са висши растения, фотосинтезиращи микроорганизми, тилакоидни мембрани, изолирани хлорофил-протеинови комплекси, пигменти, протеини и други биологични и медицински проби. Основните методи са абсорбционна, флуоресцентна и Раманова спектроскопия.

Групата по „Електроакустични взаимодействия” (ФКМ и ФТТМЕ) провежда експериментални изследвания на механични трептения на капки и мехурчета, възбудени с прилагане на променливо електрично поле. Разработват се иновативни експериментални техники базирани на оптическа регистрация и анализ на резонансни спектри с цел изследване на динамичните свойствата на интерфейса течност-газ, които имат важно значение в съвременните микрофлуидни системи от типа Lab-on-Chip. Изследват се процесите на изпарение, влиянието на налягането на газови пари, адсорбцията на молекули, йони и частици върху на интерфейса течност-газ, под влияние на електрично поле, механични трептения и температурни изменения.

Групата по "Квантова оптика и квантова информация" работи основно в следните направления: i) разработване на теоретични методи за манипулиране на квантови системи, например йони в уловка, атоми в оптична решетка и др.; ii) кохерентен контрол, базиран на адиабатни техники и композитни импулси; iii) реализация на квантови гейтове, квантови алгоритми и квантови симулации, например алгоритми за квантово търсене, квантова трансформация на Фурие и др.

Други научно-изследователски тематики в катедрата са: i) Въз основа на анализ на резултати от елипсометрични измервания (чрез оригинален алгоритъм) се провеждат изследвания на нехомогенности в дълбочина на тънки и свръх-тънки (< 5nm) твърдотелни слоеве върху известна подложка (дебелини, неравности, композитен състав, елементни концентрационни профили, модификации), както и на оптични характеристики на структури за активни елементи на микро- и нано-електрониката (например high-k /Si структури). ii) Съвместно с колеги от катедра ФТТМЕ се развиват синтетични методи за получаване на графенов окис и неговото прилагане за армировка на композитни материали. iii) Теоретично се изследват екситонни и вибронни спектри на молекулни, едномерни и друмерни структури.