Beata Staśkiewicz - Instytut Fizyki

ROZDZIAŁ 1
If real quasicrystalline materials exist, as suggested by Shechtman,
they are sure to possess a wealth of remarkable
new structural and electronic properties?
— P.J. Steinhardt, The Physics of Quasicrystals (1987)
WPROWADZENIE
1.1 Krótka charakterystyka c
struktur wielowarstwowych.
Współczesne umiejętne wykorzystanie podstawowej wiedzy na temat
właściwości fizycznych elektronów, przyczynia się do gwałtownego rozwoju
nowych dziedzin nauki i techniki, moŜna w tym kontekście wymienić np. fizykę
struktur niskowymiarowych (supersieci [7], druty [8] i kropki kwantowe [9],
półprzewodnikowe struktury ze studniami kwantowymi, punktowe kontakty
i wiele innych) czy fizykę ciała stałego [10]. Właściwości fizyczne oraz
moŜliwości aplikacyjne wyŜej wymienionych struktur w duŜym stopniu zaleŜą od
właściwości elektronów.
W strukturach wielowarstwowych (supersieciach), często odkrywa się
wiele nowych zjawisk. Jednym z ciekawszych jest tzw. zjawisko sprzęŜenia
antyferromagnetycznego w warstwach wielokrotnych, a jego odkrycie wywołało
prawdziwy boom badań podstawowych nad magnetycznymi supersieciami [11].
SprzęŜenie to powoduje występowanie efektu gigantycznego magnetooporu 1
(giant magnetoresistance) [11].
Niezwykle istotną cechą charakteryzującą złoŜone układy fizyczne jest
symetria przestrzenna. Pozwala ona w wielu przypadkach znaleźć rozwiązania
równań opisujących dany układ, a których nie moŜna uzyskać w przypadku braku
symetrii. W takich układach mogą wystąpić takŜe inne zjawiska fizyczne,
nieistniejące w przypadku układów jednorodnych.
Wieloletnie rozwaŜania (na poziomie atomowym), dotyczące układu
elektronowego w kryształach (w układach idealnie symetrycznych pod względem
translacyjnym) przyczyniły się w połowie ubiegłego stulecia, do wprowadzenia
modelu pasmowego, opisującego stany energetyczne elektronów w krysztale.
Model ten przewidywał, przy spełnieniu pewnych warunków w kryształach,
występowanie przerwy energetycznej oraz istnienie energetycznych poziomów
elektronowych. Odkrycia te stały się zaczątkiem rozwoju nowej dziedziny nauki −
fizyki ciała stałego [10] oraz powstaniem mikroelektroniki, które przyczyniły się
do upowszechnienia tranzystorów i obwodów scalonych. Koniec poprzedniego
stulecia zaowocował rozwinięciem nowej dziedziny optoelektroniki: nanofotoniki
[12].
1 Nagroda Nobla z fizyki w 2007 roku dla Alberta Ferta z University of Paris-Sud i Petera
Grynberga z Jülich Research Centre.
9