Projekt NCN Sonata-bis 7 ST
W ramach konkursu, rozstrzygniętego w lutym 2018 roku, Narodowe Centrum Nauki przyznało mi 1.4 mln zł na realizację 5-letniego projektu badawczego pt. "Rola stanów rezonansowych, sprzężenia spin-orbita i nieporządku w nadprzewodnictwie wybranych materiałów" (nr 2017/26/E/ST3/00119). Realizację projektu przedłużono o 1 rok i zakończono w kwietniu 2024.
W projekcie podjęliśmy teoretyczne badania nadprzewodnictwa w trzech nurtach:
- własności elektronowo-fononowych i mechanizmu nadprzewodnictwa w domieszkowanych półprzewodnikach, w których na atomie domieszki powstaje tzw. stan rezonansowy;
- nadprzewodnictwa układów zawierających ciężkie pierwiastki i niecentrosymetrycznych, w których ważną rolę pełni relatywistyczne sprzężenie spin-orbita;
- nadprzewodnictwa i wpływu nieporządku na własności nowej klasy materiałów, tzw. stopów o wysokiej entropii. Czwartym nurtem badawczym był rozwój narzędzi numerycznych do badania nadprzewodnictwa.
Zespół projektu: Bartlomiej Wiendlocha, Sylwia Gutowska, Gabriel Kuderowicz, Paweł Wójcik, Kacper Pryga, Kinga Jasiewicz, Kamil Kutorasiński.

Rysunek: anisotropowa struktura 2 przerw nadprzewodzących w ScAu2Al.

Rysunek: Powstawanie silnie sprzężonego, anizotropowego nadprzewodnictwa w stopie Pb-Bi.
Za najważniejsze osiągnięcia projektu uznajemy:
- Wykazane, że stan rezonansowy prowadzi do podbicia siły sprzężenia elektron-fonon w PbTe:Tl i SnTe:In.
- Ilościowe opisanie mechanizmu rozpraszania rezonansowego, powodującego, że stan rezonansowy w PbTe:Tl i SnTe:In determinuje zarówno niskotemperaturowe własności transportowe tych materiałów (ruchliwość nośników, oporność resztkowa), jak i wysokotemperaturowe własności termoelektryczne (termosiła).
- Zaproponowanie nowej metody detekcji stanu rezonansowego poprzez analizę oporności resztkowej.
- Wykazanie różnego jakościowo wpływu oddziaływania spin-orbita na nadprzewodnictwo materiałów, w zależności od typu dominujących orbitali przy poziomie Fermiego (kontrakcja/ekspansja orbitali p/d).
- Wykazanie, że oddziaływanie elektron-fonon w niecentrosymetrycznym ThCoC2 jest wystarczająco silne aby wyindukować nadprzewodnictwo w mechanizmie fononowym z obserwowaną temperaturą krytyczną Tc (postulowano fluktuacje spinowe). Zaproponowanie metod weryfikacji tej hipotezy (symulacja wpływu ciśnienia na Tc i efektu izotopowego). Wykazanie, że mechanizm fononowy jakościowo tłumaczy obserwowany silny wzrost Tc przy domieszkowaniu niklem.
- Wykazanie, że nadprzewodnictwo ThCoC2 wykazuje cechy niekonwencjonalne, nie dające się opisać formalizmem izotropowym.
- Wskazanie anizotropowej i silnie sprzężonej natury nadprzewodnictwa w ScAu2Al oraz Pb0.64Bi0.36.
- Zidentyfikowanie mechanizmu ,,inżynierii fononowej'' w fazach Lavesa SrIr2/SrRh2, w którym poprzez ,,rozluźnienie'' sieci tetraedrów atomów Ir/Rh następuje obniżenie częstości drgań kluczowych dla nadprzewodnictwa gałęzi fononowych, przy zachowaniu silnego, elektronowego wkładu do stałej sprzężenia λ. Tłumaczy to silnie sprzężone nadprzewodnictwo w fazach Lavesa, w porównaniu do metalu Ir/Rh, i okazuje się być ogólniejszym mechanizmem, występującym w innych fazach Lavesa.
- Odkrycie nadprzewodnictwa na drodze teoretycznej w LiPd2Si, potwierdzone później doświadczalnie.
- Wykazanie istnienia niestabilności dynamicznej w LiPd2Ge i jej korelacji z nadprzewodnictwem.
- Wyjaśnienie mechanizmu podbicia Tc przez ciśnienie w stopie wysokoentropowym TaNbHfZrTi.
- Zbadanie roli nieporządku w nadprzewodnictwie TaNbHfZrTi: wykazanie niewielkiego wpływu nieporządku chemicznego oraz silnego wpływu nieporządku strukturalnego (dystorsje sieci) na strukturę elektronową i sprzężenie elektron-fonon.
- Wskazanie silnego efektu rozpraszania indukowanego nieporządkiem, konkurującego z nadprzewodnictwem, w stopie wysokoentropowym (ScZrNb)1-x(RhPd)x.
- Opracowanie narzędzi do numerycznego badania termodynamiki stanu nadprzewodzącego w ramach formalizmu Eliashberga.
- Zastosowanie anizotropowej teorii funkcjonału gęstości dla nadprzewodników do badania przerwy nadprzewodzącej i Tc bez parametrów swobodnych.