Director proiect: Dr. Dana Georgeta Popescu - Cercetător ştiinţific gradul II

Membrii:
Dr. CS I Marius-Adrian Husanu
Dr. CS II Rasoga Oana
Dr. CS III Bogdan Ostahie
Dr. CS III Arpad Mihai Rostas
Drd. Marian Cosmin Istrate

Obiectivul general
Proiectul își propune să ofere o alternativă la memoriile de acces aleatoriu deja disponibile sub formă de platformă integrată de tip Rashba pentru stocarea datelor și, in plus, pentru manipularea bitului de memorie. Demersul va urmari validarea funcționalității mixte ca: i) memorii de acces aleatoriu multiferoice bazate pe cuplajul spin-orbita (MfRAM) și ii) poarta logică capabilă să efectueze operațiuni binare. Până la sfârșitul implementarii, va fi livrată validarea pentru MfRAM-uri mixte, logice și cuplaj spin-orbită, bazate pe interactiunea dintre gradele de spin și de sarcina în sistemele semiconductoare si multiferoice de tip Rashba. Sistemele metalice / semiconductoare cuplate de tip Rashba vor consta din interfețele materialelor ferromagnetice (Mn, Fe, Ni) cu Ge (111), care s-au dovedit că manifestă efecte Rashba semnificative și eficiență mare a conversiei din curenți de spin în curenți de sarcină via efectul Edelstein invers. Sistemele de tip Rashba - multiferroice vor fi interfața dintre diferite materiale ferromagnetice (Mn, Fe, Ni) și feroelectricul Rashba (GeTe), cu cuplajul manifestat în vecinatatea regiunii de contact.

Rezumatul Etapei I/2022:
Obiectivul primei etape a proiectului „Platforma de tip Rashba pentru stocarea si procesarea informatiei”, realizat în proporție de 100%, constă în prepararea și caracterizarea interfețelor de tip FM/Ge(111) (FM=Mn, Fe, Ni). În primă fază am realizat experimental cele 3 interfețe constând din depunerea epitaxială în fascicul molecular a metalelor (Mn, Ni, Fe) pe substratul de Ge(111), urmată de caracterizarea structurală a FM/Ge(111) prin difracție de electroni lenti (LEED) pentru a confirma creșterea epitaxială. Spectroscopia de fotoelectroni pe probele de FM/Ge(111) ne-a permis accesul la structura electronică a interfeței, iar calculele ab-initio prin metoda teoriei funcționale a densității (DFT) au facilitat descrierea mai amanunțită a interfețelor studiate. Relaxarea fierului, manganului și nichelului pe substratul de Ge utilizând pseudopotențiale relativiste ne indică distorsiunile și reconstrucțiile locale la interfață și stabilește contribuția în structura electronică a fiecărui element. Structura relaxată obținută prin DFT reprezintă inputul pentru calculele tight-binding, care ne vor oferi funcția spectrală și descrierea teoretică a spinilor și curenților de sarcină pentru interfațele cuplate de tip Rashba. Prima etapa a proiectului TE50/2022 s-a finalizat cu publicarea unui articol, un articol în revizie, participarea la 3 conferințe internaționale și înregistrarea unui brevet la OSIM.

Rezultatele livrate:

• Dezvoltarea a trei noi nanomateriale ca baza pentru studiul ulterior al despicarii spin-orbita de tip Rashba;
• 6 comunicari științifice susținute la conferințe internationale;
• 2 capitole de carte;
• 1 articol publicat în jurnale indexate în Web of Science®, si 1 articol trimis spre publicare;
• 1 brevet trimis la OSIM

Raportul științific nu va fi prezentat pe situl web a proiectului, rezultatele fiind încă curs de publicare.

2022: Raportul stiintific nr. 1 in format *.pdf este disponibil şi poate fi accesat la cerere la UEFISCDI.

Rezumatul Etapei a II-a/2023:
Obiectivul etapei a doua a proiectului „Platforma de tip Rashba pentru stocarea si procesarea informatiei”, realizat în proporție de 100%, constă în fabricarea si caracterizarea interfetelor multiferoice de tipul FM/GeTe (FM=Mn, Fe, Ni). În primă fază am realizat experimental cele 3 interfețe constând din depunerea epitaxială în fascicul molecular a metalelor (Mn, Ni, Fe) pe substratul de GeTe/Ge(111), urmată de caracterizarea structurală a FM/GeTe(111) prin difracție de electroni lenti (LEED). Spectroscopia de fotoelectroni pe probele de FM/Ge(111) ne-a permis accesul la structura electronică a interfeței (de unde am putut calcula stoichiometria si am putut descrie mecanismul curburii de banda la interfata), iar calculele ab-initio prin metoda teoriei funcționale a densității (DFT) si tight binding au facilitat descrierea mai amanunțită a interfețelor studiate. Relaxarea fierului, manganului și nichelului pe substratul de GeTe utilizând pseudopotențiale relativiste ne indică distorsiunile și reconstrucțiile locale la interfață și stabilește contribuția în structura electronică a fiecărui element. Structura relaxată obținută prin DFT a reprezentat inputul pentru calculele tight-binding, care ne-au oferit funcția spectrală și descrierea teoretică a spinilor și curenților de sarcină pentru interfațele cuplate de tip Rashba. Masuratorile de difractie de raze X ne-au permis aflarea detaliilor despre constantele de retea si modurile de crestere a materialelor. Masuratorile de microscopie electronica de transmisie ne-au dezvaluit detalii despre pozitionarea atomilor. Pentru a afla informatii despre functionalitatea spin-orbita au fost efectuate masuratori de rezonanta feromagnetica in banda X de radiofrecventa, iar pentru pentru a reda structura electronica intrinseca a suprafetelor studiate au fost efectuate masuratori de fotoemisie rezolvata unghiular si de spin la facilitatile de sincrotron si masuratori de absorbtie de raze X. A doua etapa a proiectului TE50/2022 s-a finalizat cu publicarea unui articol, participarea la 2 conferințe internaționale și la 3 saloane de inventica.

Rezultatele livrate:

• Dezvoltarea a trei noi nanomateriale: (Fe,Mn,Ni)/GeTe/Ge(111);
• 7 comunicari științifice susținute la conferințe internationale;
• 2 articole publicate în jurnale indexate în Web of Science®, si 1 articol trimis spre publicare;
• 1 brevet trimis la OSIM

Raportul științific nu va fi prezentat pe situl web a proiectului, rezultatele fiind încă curs de publicare.

2023: Raportul stiintific nr. 2 in format *.pdf este disponibil şi poate fi accesat la cerere la UEFISCDI.

Rezumatul Etapei a III-a/2024:
Obiectivul etapei a treia a proiectului „Platforma de tip Rashba pentru stocarea si procesarea informatiei”, realizat în proporție de 100%, constă în demonstrarea cuplajului dintre materialele feroelectrice si feromagnetice. În primă fază am realizat masuratori de rezonanta feromagnetica in banda X de radiofrecventa pentru a afla informatii despre functionalitatea spin-orbita. Apoi am validat prin masuratori electrice si magnetice functionalitatea cuplata dintre materialele feroelectrice si feromagnetice cu ajutorul sistemului PPMS (Quantum Design) din Institutul National de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizica Materialelor, confirmand caracterul multiferoic a structurilor realizate in etapele anterioare. Calculele ab-initio prin metoda teoriei funcționale a densității (DFT) si tight binding au permis descrierea mai amanunțită a interfețelor studiate. A traia etapa a proiectului TE50/2022 s-a finalizat cu trimiterea spre publicare a doua articole, participarea la 1 conferința internaționala și publicarea a 2 capitole de carte si a unui brevet national.

Rezultatele livrate:

• Demonstrarea cuplajului dintre materialele feroelectrice si feromagnetice;
• 1 comunicare științifica susținuta la o conferința internationala;
• 2 articole trimise spre publicare;
• 2 capitole de carte;
• 1 brevet trimis la OSIM.

Raportul științific nu va fi prezentat pe situl web a proiectului, rezultatele fiind încă curs de publicare.

2024: Raportul stiintific nr. 3 in format *.pdf este disponibil şi poate fi accesat la cerere la UEFISCDI.

Rezultate

Articole:

1. M.A. Husanu, D.G. Popescu, F. Bisti, L.M. Hrib, L.D. Filip, I. Pasuk, R. Negrea, M.C. Istrate, L. Lev, T. Schmitt, L. Pintilie, A. Mishchenko, C.M. Teodorescu, V.N. Strocov Ferroelectricity modulates polaronic coupling at multiferroic interfaces, Communications Physics 5, 209 (2022).
2. D.G. Popescu, M.A. Husanu, P. C. Constantinou, L.D. Filip, L. Trupina, C.I. Bucur, I. Pasuk, C. Chirila, L.M. Hrib, V. Stancu, L. Pintilie, T. Schmitt, C. M. Teodorescu, V.N. Strocov, Experimental band structure of Pb(Zr,Ti)O3: Mechanism of ferroelectric stabilization, Advance Science 10, 2205476 (2023).
3. A.I. Borhan, A.I. Ghemes, M.A. Husanu, D.G. Popescu, C.N. Borca, T. Huthwelker, I. Radu, A.C. Dirtu, D. Dirtu, G. Bulai, N. Lupu, M.N. Palamaru, A.R. Iordan, D. Gherca, Carbon-based heterostructure from multi-photo-active nanobuilding blocks SrTiO3@NiFe2O4@Fe0@Ni0@CNTs with derived nanoreaction metallic clusters for enhanced solar light-driven photodegradation of harmful antibiotics, Appl. Surf. Sci. 622, 156987 (2023).
4.Radu Ioana, Borhan Adrian Iulian, Gherca Daniel, Popescu Dana Georgeta, Borca Camelia Nicoleta, Huthwelker Thomas, Bulai Georgiana, Husanu Marius-Adrian, Pui Aurel, Al-doped SrTiO3's secrets in structure, morphology, and electronic contributions for enhanced photocatalytic O2 evolution from water splitting, trimis spre publicare Chemistry of Materials (2023)
5. In-operando XPS investigation on enhanced charge transfer and lattice oxygen oxidation in aliovalent doped and δ-FeOOH surface decorated of Al3%:SrTiO3 perovskite photocatalyst, trimis spre publicare Journal of Materials Chemistry A (2023)
6. Alexandru-Cristi Iancu, Nicoleta G. Apostol, Adela Nicolaev, Laura E. Abramiuc, Cristina F. Chirilă, Dana G. Popescu, Cristian M. Teodorescu, Swinging molecular adsorption of carbon monoxide on ferroelectric BaTiO3(001), Journal of Materials Chemistry A (2024)

Book chapters:
1. Compensation and screening of ferroelectricity in perovskite oxides, D.G. Popescu, M. Husanu, Perovskites: Ceramics, Editors: J.L. Clabel H. and V.A.G. Rivera, Elsevier,2022, ISBN: 9780323905862
2. Polaronic effects in perovskite oxides, M. Husanu, D.G. Popescu, Perovskites: Ceramics, Editors: J.L. Clabel H. and V.A.G. Rivera, Elsevier,2022, ISBN: 9780323905862
3. C. Chirila, A.G. Boni, L.D. Filip, M. Botea, D. Popescu, V. Stancu, L. Trupina, L. Hrib, R. Negrea, I. Pintilie, L. Pintilie, Epitaxial ferroelectric thin films -Potential for new applications, book Pulsed Laser Processing Materials, IntechOpen 2024, ISBN: 978-0-85466-611-9
4. D.G. Popescu, Fundamental and functional perspective of ferroelectric BaTiO3 from an electron spectroscopy perspective, book Nanocomposites - Properties, Preparations and Applications, IntechOpen 2024, ISBN: 978-0-85014-082-8

Patent Requests:
1. D.G. Popescu, M.A. Husanu, 2D Photonic Crystal in Ge Matrix, A/00668 - 2022
2. M.A. Husanu, D.G. Popescu, C. Chirila, C. Besleaga-Stan, Tranzistor cu efect de câmp din oxizi, operat printr-un dublu strat electronic dublu și metodă de realizare, A 2023 00775
3. D.G. Popescu, M.A. Husanu, Tranzistor din GeTe cu efect de câmp și poarta divizată depus pe semiconductori (Si,Ge si SiGe) și metodă de realizare, A 2024 00240

Conferinte:

1. D.G. Popescu, M.A. Husanu, Experimental band structure of ferroelectric Pb(Zr,Ti)O3 and what can we learn from it, EMRS Spring, Strasbourg, France, May 29 – July 2 (2023) – oral presentation;
2. M.A. Husanu, D.G. Popescu, L.D. Filip, L.M. Hrib, L. Pintilie, C.M. Teodorescu, V.N. Strocov, Impact of ferroelectricity on the electron-phonon coupling at oxide interfaces, EMRS Spring, Strasbourg, France, May 29 – July 2 (2023) – oral presentation;
3. D.G. Popescu, L.D. Filip, C. Chirila, L. Hrib, M.A. Husanu, Bulk band splitting due to spin-orbit interaction in ferroelectric oxides, Topological Matter, Athens, Greece, March 28 - 31 (2023)
4. M.A. Husanu, A.C. Iancu, R.M. Costescu, D.G. Popescu, Bulk and surface – related nature of Ge(111) spin-orbit split bands, Topological Matter, Athens, Greece, March 28 - 31 (2023)
5. D.G. Popescu, L. Borcan, A. Iancu, A. Rostas, C. Ruxandra, V. Strocov, M.A. Husanu, Rashba coupling in metallic states at the Ni-doped Ge interface, The 7th International Colloquium „Physics of Materials”, Bucharest, Romania, November 10 - 11 (2022)
6. M.A. Husanu, A. Iancu, D. G. Popescu, C. Chirila, C. M. Teodorescu, Orbital character of two dimensional electron gas at an oxide interface, The 7th International Colloquium „Physics of Materials”, Bucharest, Romania, November 10 - 11 (2022)
7. D.G. Popescu, M.A. Husanu, R. Costescu, L. Borcan, Rashba coupling in metallic states at the metal/semiconductor interface, 20th International Balkan Workshop on Applied Physics and Materials Science, Constanta, Romania, July 12-15 (2022)
8. M.A. Husanu, V. N. Strocov, D.G. Popescu, Modified occupancy of the orbitals at the conducting interface LaAlO3/SrTiO3, 20th International Balkan Workshop on Applied Physics and Materials Science, Constanta, Romania, July 12-15 (2022)
9. D.G. Popescu, M.A. Husanu, C. Chirila, L. Pintilie, C.M. Teodorescu, Impact on Ferroelectricity and Band Alignment of Gradually Grown metal on BaTiO3, International Conference on Strongly Correlated Electron Systems, Amsterdam, The Netherlands, July 24-29 (2022)
10. D.G. Popescu, L.D. Filip, C.I. Bucur, C. Chirila, L. Pintilie, T. Schmitt, C.M. Teodorescu, M.A. Husanu, V.N. Strocov, Stabilization mechanisms of opposed ferroelectric states, International Conference on Strongly Correlated Electron Systems, Amsterdam, The Netherlands, July 24-29 (2022)
11. Speaker la "Empowering Women - Challenges and Opportunities" Martie 2023
12. D.G. Popescu, European XFEL Users’ Meeting - Workshop: Grazing-incidence X-ray experiments using FELs; DESY Photon Science Users' Meeting, In situ energy-dispersive XRD and imaging on materials; High Energy X-ray Diffraction for Physics and Chemistry, Hamburg, Germania, January 22-24 (2024)
13. M.A. Husanu, D.G. Popescu, P.C. Constantinou, L.D. Filip, L. Trupina, C.I. Bucur, I. Pasuk, C. Chirila, L.M. Hrib, V. Stancu, L. Pintilie, R. Negrea, M.C. Istrate, L. Lev, T. Schmitt, C.M. Teodorescu, V.N. Strocov, Intrinsic electronic structure of oxide surfaces and interfaces from angle resolved photoelectron spectroscopy, 10th International Conference on Advanced Materials, July 15-18 (2024) – prezentare orala;
14. D.G. Popescu, M.A. Husanu, I. Radu, A.I. Borhan, D. Ghercă, C.N. Borca, T. Huthwelker, G. Bulai, G. Stoian, A. Pui, Al-doped SrTiO3 photocatalyst with increased performance, 10th International Conference on Advanced Materials, July 15-18 (2024);
15. L.E. Borcan, A.C. Iancu, D.G. Popescu, N.G. Apostol, A. Nicolaev, R.M. Costescu, M.A. Husanu, G.A. Lungu, C.F. Chirilă, C.A. Tache, C.M. Teodorescu, Surface Magnerism of Pt(001) and SrTiO3(001) investigated by spin-resolved photoelectron spectroscopy, TIM24 International Physics Conference, May 30 – July 1 (2024) – prezentare orala;

Dr. Ing. Dana Popescu

Scientific Researcher II
National Institute of Materials Physics
Atomistilor Str. 405A
077125 Magurele-Ilfov
Romania
Telephone: +40-(0)21-3690185, +40-(0)21-2418100
Fax: +40-(0)21-3690177