Instytut Wysokich Ciśnień

Izotropia sprężysta to zjawisko, w którym materiał reaguje jednorodnie na naprężenie, niezależnie od jego kierunku. W przypadku kryształów sześciennych (materiałów o strukturze kubicznej), które posiadają wyraźne kierunki krystalograficzne, stanowi to niezwykły przejaw mechaniki kwantowej w obiektach makroskopowych. Takiego zachowania kryształu nie da się wyjaśnić w ramach fizyki klasycznej. Zjawisko to jest ściśle związane z równoważeniem sił wewnętrznych wynikających z oddziaływań Coulomba, odpychania Pauliego oraz nakładania się pasm pod wpływem naprężenia na kryształ.

W niedawno opublikowanej pracy C. Sobczak, P. Kwasniak, P. Strak, M. Muzyk, S. Krukowski, "Elastic Anisotropy in BCC Ti-X Alloys (X = V, Nb, Ta) Determined from First Principles" opublikowanej w Materials, 2025, 18(18), 4294 nasz doktorant Cyprian Sobczak opisał anizotropię kryształów stopów tytanu. Praca powstała we współpracy grupy teoretyków z naszego Instytutu i z Uniwersytetu Kardynała Stefana Wyszyńskiego w Warszawie.

Rezultatem pracy jest identyfikacja nowego stopu tytanu z niobem o zawartości 53% niobu, Ti-53Nb, wykazującego izotropię sprężystą. Obliczenia pokazały też, że w przypadku stopów tytanu z tantalem, Ti-Ta, zjawisko to nie może wystąpić w zakresie stabilności mechanicznej tych stopów. Publikacja zawiera podsumowanie głównych trendów wykazywanych przez stałe sprężystości, moduł Younga i moduł sprężystości objętościowej omawianych stopów na bazie Ti, w oparciu o metody ab initio. Więcej szczegółów w publikacji.

Rysunek. Porównanie trendów obserwowanych w stopach Ti-X (X = V, Nb, Ta, Mo): (a) stała sprężystości C11, (b) stała sprężystości C12, (c) stała sprężystości C44, (d) C′ = (C11 − C12)/2, (e) moduł sprężystości objętościowej B i (f) moduł Younga E, wyznaczony metodą PBE.

At the upcoming EMRS Fall Meeting 2025, in Symposium I - Frontiers of imaging and spectroscopy in transmission electron microscopy, dr hab. inż. Julita Smalc-Koziorowska will present an invited paper entitled. "Revealing defects in nitride semiconductor structures in TEM".

The 2025 Fall Meeting of the European Materials Research Society (E-MRS) will take place from September 15 to 18, 2025 at the main campus of the University of Technology in Warsaw (Poland) and will consist of 23 parallel symposia with invited speakers, oral and poster presentations assorted by one plenary session to provide an international forum for discussing recent advances in the field of materials science.

One of the most formidable barriers in development of nitride-based optoelectronic devices: laser diodes (LDs) and light emitting diodes (LEDs) is high resistance of the metal/p-type nitride contact. The present date solutions are mostly based on Ni/Au contact still they are far from satisfactory. The situation requires basic investigations of the contact nature and technical implementation of new designs. Researchers from IHPP PAS applied complex ab initio and drift-diffusion calculation to elucidate contact nature. The results obtained include:

• elucidation of basic nature of the contact,
• evidence that in any metal/p-type GaN contact there exist tunneling barrier,
• explanation of the role of oxygen-ambient annealing during formation of the Ni-Au contact,
• new design, based on multilayer arrangement of deep acceptors, to achieve low resistance contact.

These results were published in the paper in Electronics vol. 14, p. 3309 (2025): Fundamentals of Metal Contact to p-Type GaN—A New Multilayer Energy-Saving Design Konrad Sakowski, Cyprian Sobczak, Pawel Strak, Stanislaw Krukowski

This study opens a new possibility of application of the new design by implantation formation of the low resistance electric contacts in the near future.

Domieszkowanie azotku galu (GaN) berylem od dawna budzi zainteresowanie ze względu na potencjalne zastosowania w elektronice i optoelektronice. We wcześniejszych pracach  sugerowano, że akceptor Be charakteryzuje się niższą energią jonizacji niż powszechnie stosowany magnez (Mg). Jednak dotychczasowe próby prowadziły głównie do otrzymania materiałów półizolujących, co wiązano z tzw. autokompensacją – skłonnością atomów Be do zajmowania, oprócz pozycji podstawieniowych w miejsce atomów Galu i dających stany akceptorowe, pozycji międzywęzłowych i tworzenia defektów donorowych.

Najnowsze prace wskazują, że domieszka Be może mieć złożony charakter dualny: występować jako akceptor płytki oraz głębszy akceptor polaronowy. Wyniki badań zespołu z Instytutu Wysokich Ciśnień PAN, przeprowadzonych we współpracy z Virginia Commonwealth University oraz University at Albany (USA), opublikowane w Journal of Applied Physics, potwierdzają tę hipotezę.

Pomiary efektu Halla dla warstw GaN:Be wykazały przewodnictwo typu p, nieprzekompensowane donorami, przy energii aktywacji akceptora ~0.40 eV, która wskazuje na głęboki, polaronowy charakter akceptora. Wyniki te dowodzą, że skuteczne domieszkowanie GaN berylem stanowi większe wyzwanie, niż wcześniej zakładano.

Badania sfinansowano z grantu NCN nr 2020/37/B/ST5/03746.

Szczegóły można znaleźć w publikacji: M. Zając i in., Journal of Applied Physics 138, 095705 (2025), https://doi.org/10.1063/5.0283055.

Obserwowana eksperymentalnie zależność pT^-3/2 w funkcji odwrotności temperatury dla warstw GaN:Be o różnej zawartości Be. Linie ciągłe przedstawiają dopasowania wyznaczające głęboki poziom akceptorowy akceptora Be dla T=0.