Zakład Teorii Układów Kwantowych

Profil badawczy

Główna działalność naukowa Zakładu Teorii Układów Kwantowych związana jest z modelowaniem układów nano- i mezo-skopowych. W obszarze zainteresowań grupy znajdują się niekonwencjonalne stany materii w układach silnie skorelowanych elektronów (nadprzewodniki wysokotemperaturowe, dwuwarstwy grafenowe skręcone o kąt magiczny itp.), stałe fazy wodoru (molekularna i jej metalizacja), oraz nanowarstwy metaliczne czy interfejsy LaAlO3/SrTiO3. Grupa bada także zjawiska związane z transportem elektronowym w nanoskopowych strukturach półprzewodnikowych i hybrydach półprzewodnik-nadprzewodnik w kontekście poznania fundamentalnych własności układów, w których badane są egzotyczne kwazicząstki, oraz takich, które mogą zostać wykorzystane w budowie elektroniki nowej generacji. Metody oraz pakiety obliczeniowe wykorzystywane w badaniach to: metoda zrenormalizowanego pola średniego (RMFT), metoda diagramatycznego rozwinięcia funkcji falowej Gutzwillera (DE-GWF), metoda kwantowego wariacyjnego Monte Carlo (VMC), metoda EDABI (Exact Diagonalization Ab Initio Approach), oprogramowanie VASP oraz WANNIER90, a także biblioteka Kwant. Wykorzystujemy kody pisane samodzielenie, pakiety obliczeniowe oraz nowoczesne środowiska do pracy zdalnej (przykład). W prowadzonych badaniach wykorzystywany jest komputer o dużej mocy obliczeniowej TeraACMiN.

Kierownik

  • dr hab. inż. Michał Zegrodnik, prof. AGH (michal.zegrodnik@agh.edu.pl)

Członkowie

  • dr Andrzej Biborski (andrzej.biborski@agh.edu.pl)
  • dr hab. inż. Michał Nowak, prof. AGH (mpnowak@agh.edu.pl)

Aparatura badawcza

Otwarte tematy na prace doktorskie

Prowadzimy ciągły nabór na realizację prac magisterskich, inżynierskich a także praktyk studenckich w naszej grupie. Osoby zainteresowane zapraszamy do kontaktu.

Prace dyplomowe oraz praktyki zrealizowane w grupie

  • Własności pojedynczych warstw dichalkogenków metali przejściowych: transport elektronowy (praca magisterska, Daniel Gut)
  • A comparision of ab initio methods for calculating the properties of selected ligh-atom based systems in correlated state (praca inżynierska, Michał Suchorowski)
  • Symulacje transportu elektronowego przez nanostruktury półprzewodnikowe (praktyki studenckie, Daniel Grzelec)
  • Analiza transportu elektronowego w układach opartych o interfejsy LaAlO3/SrTiO3 w zewnętrznym polu magnetycznym (praktyki studenckie, Wojciech Sokołowski)
  • Ogniskowanie magnetyczne kwazicząstek w złączach półprzewodnik-nadprzewodnik (praktyki studenckie, Kacper Kaperek)

Dydaktyka

  • Computational Methods for Nanosystems (syllabus, USOS)
  • Superconducting nanostructures in science and technology

Lista publikacji

2021

  1. Helical and topological phase detection based on nonlocal conductance measurements in a three-terminal junction, P. Wójcik, D. Sticlet, P. Szumniak, and M. P. Nowak, Phys. Rev. B 104, 125410 (2021), https://doi.org/10.1103/PhysRevB.104.125410
  2. Shadow-wall lithography of ballistic superconductor–semiconductor quantum devices, S. Heedt, M. Quintero-Pérez, F. Borsoi, A. Fursina, N. van Loo, G. P. Mazur, M. P. Nowak, M. Ammerlaan, K. Li, S. Korneychuk, J. Shen, M. A. Y. van de Poll, G. Badawy, S. Gazibegovic, N. de Jong, P. Aseev, K. van Hoogdalem, E. P. A. M. Bakkers, L. P. Kouwenhoven, Nat. Commun 12, 4914 (2021), https://doi.org/10.1038/s41467-021-25100-w
  3. Single-shot fabrication of semiconducting-superconducting nanowire devices, F. Borsoi, G. P. Mazur, N. van Loo, M. P. Nowak, L. Bourdet, K. Li, S. Korneychuk, A. Fursina, J.-Y. Wang, V. Levajac, E. Memisevic, G. Badawy, S. Gazibegovic, K. van Hoogdalem, E. P. A. M. Bakkers, L. P. Kouwenhoven, S. Heedt, M. Quintero-Pérez, Adv. Funct. Mater. 2102388 (2021), tekst: https://doi.org/10.1002/adfm.202102388
  4. Superconducting dome with extended s-wave pairing symmetry in the heavily hole-overdoped copper-oxide planes, M. Zegrodnik, P. Wójcik, and J. Spałek, Phys. Rev. B 103, 144511 (2021), tekst: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.103.144511
  5. Superconductivity in the three-band model of cuprates: nodal direction characteristics and influence of intersite interactions, M. Zegrodnik, A Biborski. M. Fidrysiak, J. Spałek, Journal of Physics: Condensed Matter 33, 415601 (2021), tekst: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-648X/abcff6

2020

  1. SQUID pattern disruption in transition metal dichalcogenide Josephson junctions due to nonparabolic dispersion of the edge states, D. Sticlet, P. Wójcik, and M. P. Nowak, Phys. Rev. B 102, 165407 (2020), tekst: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.102.165407
  2. Superconductivity and intra-unit-cell electronic nematic phase in the three-band model of cuprates, M. Zegrodnik, A Biborski, J. Spałek, The European Physical Journal B 93, 183 (2020), tekst: https://doi.org/10.1140/epjb/e2020-10290-3
  3. Superconducting dome in LaAlO3/SrTiO3 interfaces as a direct consequence of the extended s-wave symmetry of the gap, M. Zegrodnik and P. Wójcik, Phys. Rev. B 102, 085420 (2020), tekst: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.102.085420
  4. Superconducting dome in doped 2D superconductors with broken inversion symmetry, P.Wójcik, M.P.Nowak, M.Zegrodnik Physica E 118, 113893 (2020), tekst: https://doi.org/10.1016/j.physe.2019.113893
  5. Valley polarized current and resonant electronic transport in a nonuniform MoS2 zigzag nanoribbon, D. Gut, M. Prokop, D. Sticlet, and M. P. Nowak, Phys. Rev. B 101, 085425 (2020), tekst: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.101.085425
  6. Scanning gate microscopy mapping of edge current and branched electron flow in a transition metal dichalcogenide nanoribbon and quantum point contact, M. Prokop, D. Gut, M. P. Nowak, J. Phys.: Condens. Matter 32, 205302 (2020), tekst: https://doi.org/10.1088/1361-648X/ab6f83
  7. Superconducting properties of the hole-doped three-band d−p model studied with minimal-size real-space d-wave pairing operators, A. Biborski, M. Zegrodnik, and J. Spałek, Phys. Rev. B 101, 214504 (2020), tekst: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.101.214504

2019

  1. Superconductivity in the three-band model of cuprates: Variational wave function study and relation to the single-band case, M. Zegrodnik, A. Biborski, M. Fidrysiak, and J. Spałek, Phys. Rev. B 99, 104511 (2019), tekst: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.99.104511
  2. Intersubband pairing induced Fulde-Ferrell phase in metallic nanofilms, P. Wójcik, M. P. Nowak, M. Zegrodnik, Phys. Rev. B 100, 045409 (2019), tekst: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.100.045409
  3. Probing Andreev reflection reach in semiconductor-superconductor hybrids by Aharonov-Bohm effect, M. P. Nowak, P. Wojcik, Appl. Phys. Lett. 114, 043104 (2019), tekst: ttps://doi.org/10.1063/1.5063975
  4. Supercurrent carried by non-equlibrium quasiparticles in a multiterminal Josephson junction, M. P. Nowak, M. Wimmer, A. R. Akhmerov, Phys. Rev. B 99 075416 (2019), tekst: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.99.075416

2018

  1. Durability of the superconducting gap in Majorana nanowires under orbital effects of a magnetic field, P. Wójcik and M. P. Nowak, Phys. Rev. B 97, 235445 (2018), tekst: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.97.235445
  2. Incorporation of charge- and pair-density-wave states into the one-band model of d-wave superconductivity, M. Zegrodnik and J. Spałek, Phys. Rev. B 98, 155144 (2018), tekst: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.98.155144
  3. Realistic estimates of superconducting properties for the cuprates: reciprocal-space diagrammatic expansion combined with variational approach, M. Fidrysiak, M. Zegrodnik, and J. Spałek, J. Phys.: Condens. Matter 30, 475602 (2018), tekst: https://doi.org/10.1088/1361-648X/aae6fb
  4. Unconventional topological superconductivity and phase diagram for an effective two-orbital model as applied to twisted bilayer graphene, M. Fidrysiak, M. Zegrodnik, and J. Spałek, Phys. Rev. B 98, 085436 (2018), tekst: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.98.085436
  5. Stability of the coexistent superconducting-nematic phase under the presence of intersite interactions, M. Zegrodnik, J. Spałek, New J. Phys. 20, 063015 (2018), tekst: https://doi.org/10.1088/1367-2630/aac6f7
  6. Valley dependent anisotropic spin splitting in silicon quantum dots, R. Ferdous, E. Kawakami, P. Scarlino, M. P. Nowak, D. R. Ward, D. E. Savage, M. G. Lagally, S. N. Coppersmith, M. Friesen, M. A. Eriksson, L. M. K. Vandersypen and R. Rahman, npj Quantum Information 4, 26 (2018), tekst: https://doi.org/10.1038/s41534-018-0075-1
  7. Renormalization of the Majorana bound state decay length in a perpendicular magnetic field, M. P. Nowak, P. Wójcik, Phys. Rev. B 97, 045419 (2018), tekst: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.97.045419
  8. Spin–Orbit Interaction and Induced Superconductivity in a One-Dimensional Hole Gas, F. K. de Vries, J. Shen, R.J. Skolasinski, M. P. Nowak, D. Varjas, L. Wang, M. Wimmer, J. Ridderbos, F. A. Zwanenburg, A. Li, S. Koelling, M. A. Verheijen, E. P. A. M. Bakkers, L. P. Kouwenhoven, Nano Lett., 18, 6483–6488 (2018), tekst: https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.8b02981
  9. Atomization of correlated molecular-hydrogen chain: A fully microscopic variational Monte Carlo solution, A. Biborski, A. P. Kądzielawa, and J. Spałek, Phys. Rev. B 98, 085112 (2018), tekst: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.98.085112