Temat: Wpływ zanieczyszczenia strukturą krystaliczną typu CuAu na własności elektryczne i dynamiczne CuInSe2: obliczenia z pierwszych zasad
(The effect of CuAu-type crystal structure contamination on electric and dynamical properties of CuInSe2: the first-principles studies)

Opiekun: dr hab. Jan Łażewski, tel.: 12 662 82 81
e-mail: Jan.Lazewski@ifj.edu.pl


Opis:

1. Półprzewodnik a zarazem znakomity materiał fotowoltaiczny stosowany w masowo produkowanych bateriach słonecznych, CuInSe2, sprawia poważne problemy przy uzyskaniu czystych próbek monokrystalicznych. Jego podstawowa struktura krystaliczna chalkopirytu jest silnie zanieczyszczona (około 20%) fazą typu CuAu o tej samej stechiometrii i bardzo podobnym rozkładzie atomów w komórce krystalograficznej. Jak pokazano w pracy Łażewski et al. (Physical Review B 68 (2003) 144108) różnica energii swobodnej pomiędzy oboma fazami wynosi zaledwie 2meV na atom. Pomimo tak niewielkiej różnicy energii fizykom doświadczalnym nie udało się do tej pory wyprodukować czystego kryształu o strukturze CuAu. Jakkolwiek, ze względu na bardzo wysoką barierę energetyczną na zamianę położenia dwóch atomów w istniejącym krysztale, możliwe jest teoretyczne symulowanie czystego kryształu w obu obserwowanych strukturach i badanie jego podstawowych własności. Tak więc proponowane badania będą miały bardzo ważny aspekt poznawczy.

2. Realizacja pracy polega na zbudowaniu stabilnych modeli kryształu CuInSe2 w strukturze chalkopirytu i CuAu jak również kryształu zanieczyszczonego w podobnym do obserwowanego w produkcji procencie. Posiadane oprogramowanie umożliwi przestudiowanie różnych charakterystyk zbudowanych modeli. Porównanie wyników pozwoli na wysnucie wniosków na temat wpływu zanieczyszczenia na niektóre własności ważne z technologicznego punktu widzenia.

3. Metodologia w pierwszym rzędzie obejmie zapoznanie się z literaturą tematu zarówno od strony charakterystyk badanego materiału jak i metod obliczeniowych stosowanych w naszym Zespole. W tym zakresie mile widziana jest bierna znajomość języka angielskiego przez magistranta i umiejętność czytania prac naukowych w tym języku (jest ona bezwzględnie konieczna, jeśli praca ma być napisana i/lub obroniona w języku angielskim). Kolejnym etapem będzie krótkie szkolenie z praktycznego wykorzystania posiadanych narzędzi badawczych (klastra komputerowego i stosowanego oprogramowania). W Zakładzie Komputerowych Badań Materiałów IFJ PAN posiadamy własny klaster komputerowy zbudowany z 22 węzłów (AMD OPTERON) wyposażonych w 2 czterordzeniowe procesory (2,4 GHz) i 8GB pamięci (na węzeł). Dysponujemy też koniecznym oprogramowaniem do wykonania proponowanych w pracy obliczeń. Posiadamy licencję na najnowsze wersje programu VASP (Vienna Ab Initio Simulation Package, (cms.mpi.univie.ac.at/vasp/) oraz programu PHONON (wolf.ifj.edu.pl/phonon/).

Po opanowaniu technik obliczeniowych przeprowadzenie koniecznych rachunków nie wymaga większych umiejętności poza systematycznością i starannością w prowadzeniu notatek. Otrzymane wyniki teoretyczne zostaną ostatecznie odniesione do opisanych w literaturze badań eksperymentalnych.

4. Niewątpliwym atutem podjęcia współpracy jest uzyskanie doświadczenia w pracy naukowej w prężnym zespole badawczym, nabycie umiejętności w czytaniu literatury naukowej i selekcjonowaniu ważnych, z punktu widzenia modelowania, rezultatów. Nie do przecenienia jest również możliwość uczestniczenia w realnych badaniach nad materiałami posiadającymi konkretne zastosowania techniczne. Dla ambitniejszych odbiorców niniejszej propozycji istnieje również możliwość wyjazdu na międzynarodową konferencję naukową i zdobycie doświadczenia w prezentowaniu własnych wyników pod okiem doświadczonych specjalistów.

Ze względu na oryginalność tematu, nowatorskość metody jak i duże zainteresowanie własnościami fizycznymi CuInSe2 wynikające z jego zastosowań, wyniki pracy zostaną opublikowane w międzynarodowym czasopiśmie fizycznym. Istnieje również możliwość dalszej współpracy w ramach tematu (zarówno krajowej jak i zagranicznej) po ukończeniu studiów magisterskich.

5. Uwagi:

  • nienormowany czas pracy
  • możliwość wykonania znacznej części obliczeń przez sieć (np. z domu)
  • zaangażowanie nagradzane honorariami z grantów promotora