Dr. Nakib Haider Protik

Dr. Nakib Haider Protik erforscht die Transportphysik in Systemen aus kondensierter Materie — also wie Teilchen sich unter äußeren Feldern bewegen und welche fundamentalen Wechselwirkungen dabei wirken. Sein Fokus liegt auf dem Verständnis komplexer Dynamiken, die für die Materialwissenschaft und Halbleiterentwicklung relevant sind. Die Erkenntnisse ermöglichen es, Materialeigenschaften gezielter vorherzusagen und neue Materialien mit maßgeschneiderten Transporteigenschaften zu entwickeln — ein Ansatz mit Anwendungen in der Elektronik, Energiespeicherung und Quantentechnologie.

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• Dragonics

  Quelle ↗

  Die Transportphysik ist ein Wissenschaftsbereich, der sich mit dem Verständnis der komplexen Dynamik von Teilchen unter dem Einfluss eines äußeren Feldes befasst. In Systemen aus kondensierter Materie gibt die Untersuchung der Transportphänomene Aufschluss über die verschiedenen konkurrierenden fundamentalen Wechselwirkungen zwischen den Teilchen, aus denen sie bestehen. Über diese Wechselwirkungen tauschen die Teilchen Energie und Impulse aus und entwickeln infolgedessen endliche Lebensdauern. Transportmessungen und -berechnungen sind daher wichtige Sonden zur Untersuchung der Natur der verschiedenen Quasiteilchen und kollektiven Anregungen in Systemen aus kondensierter Materie.Ein tiefes Verständnis der Transportphysik ist auch die Voraussetzung für die Entwicklung von Quantenmaterialien für verschiedene Anwendungen wie Thermoelektrik, Wärmemanagement und Fotovoltaik. Um unser Verständnis von Transportphänomenen zu vertiefen, schlage ich hier vor, drei Aspekte dieses Themas zu bearbeiten, die bisher noch nicht gründlich ab initio (d. h. parameterfrei) untersucht wurden. Im Rahmen dieses Projekts werde ich zum ersten Mal die erforderlichen Berechnungswerkzeuge entwickeln und den Coulomb-Widerstand, den Magnetodrag und das Elektron-Phonon-Fluid untersuchen - drei Transportphänomene in kondensierter Materie, die zusammen zu einer neuen Physik führen können. Meine Arbeit wird die Bedingungen klären, unter denen diese Phänomene in realen Materialien auftreten.Ich stelle mir vor, dass die im Rahmen dieses Projekts gewonnenen Erkenntnisse eine noch nie dagewesene Kontrolle über die Eigenschaften von Materialien ermöglichen und ein neues Forschungsgebiet eröffnen werden, das ich Dragonics nenne. Im Verlauf der hier vorgeschlagenen Arbeit werde ich eine übergreifende wissenschaftliche Frage beantworten:Was veranlasst bestimmte Materialien, starke Widerstandsphänomene zu zeigen?Dieses Projekt hat eine Laufzeit von 72 Monaten und verfolgt 4 Ziele. Durch die Entwicklung der erforderlichen Berechnungswerkzeuge und die Durchführung von Berechnungen an realen Materialien werden wir1. verstehen, unter welchen Bedingungen die starken Elektron-Phonon-Coulomb-Widerstandseffekte auftreten;2. verstehen, unter welchen Bedingungen die starken Magnetowiderstandseffekte auftreten3. verstehen, unter welchen Bedingungen der Elektron-Phonon-Flüssigkeitstransport auftritt; und4. Bereitstellung einer freien/offenen Ab-Initio-Transport-Software für die Forschungsgemeinschaft.Unsere Arbeit wird eine noch nie dagewesene Kontrolle über die Transporteigenschaften von Materialien ermöglichen und sich möglicherweise auf Anwendungen zur Energiegewinnung und zum Wärmemanagement auswirken sowie den Übergang der Gesellschaft zu sauberer Energie unterstützen.

• High-frequency phonons drive large phonon-drag thermopower in semiconductors at high carrier density

  2023

  Physical review. B./Physical review. B · DOI

  It has been well established that (i) the thermopower of semiconductors can be enhanced through a phenomenon known as the drag effect, and (ii) the drag enhancement involves only low-frequency acoustic phonons and benefits from low electron densities and low temperatures. Using first-principles calculations we show that large drag enhancements to the thermopower are possible at high carrier density even at room temperature and arise from high-frequency acoustic phonons. A fascinating example is cubic boron arsenide (BAs) for which the calculated room temperature drag enhancement of the thermopower exceeds an order of magnitude at a high hole density of ${10}^{21}\phantom{\rule{0.16em}{0ex}}\mathrm{c}{\mathrm{m}}^{\ensuremath{-}3}$. This remarkable behavior stems from the simultaneously weak phonon-phonon and phonon-hole scattering of the high-frequency phonons in BAs that become drag active at high carrier densities through electron-phonon interactions. This work advances our understanding of coupled electron-phonon nanoscale transport and introduces an unexpected paradigm for achieving large thermopowers.

• Data for the paper "Ab initio study of Coulomb drag driven electron-hole bifluidity in doped graphene"

  2026

  Zenodo (CERN European Organization for Nuclear Research) · DOI

• Phonon mean free path spectroscopy by Raman thermometry