Badania fazy skondensowanej materii

Projekty/Eksperymenty

I. Badania strukturalnych i dynamicznych własności materiałów naturalnych i syntetycznych w różnych skalach wielkości i czasu

  1. Modele struktury i dynamiki układów z powierzchniami i złączami oraz układów niskowymiarowych. Modelowanie wpływu powierzchni i złączy materiałów na ich strukturę i wzbudzenia elementarne ze szczególnym uwzględnieniem fal i rezonansów powierzchniowych. Projektowanie eksperymentów na takich układach w różnych skalach wielkości. Badanie i modelowanie zjawisk związanych z propagacją sygnałów akustycznych.
  2. Kwantowo-mechaniczne obliczenia własności materiałów i nanomateriałów ze szczególnym uwzględnieniem materiałów związanych z konwersją energii. Obliczenia stabilności oraz mechanizmu transportu w wybranych materiałach. Badania struktur i nano-struktur krystalicznych metodami mechaniki kwantowej.
  3. Badanie przemian fazowych, witryfikacji oraz wpływu oddziaływań dalekozasięgowych oraz lokalnych na zmiany dynamiki wewnętrznej oraz morfologii substancji molekularnych (feroicznych i mezogennych) w różnych fazach termodynamicznych oraz stanach szklistych. Poszukiwanie materiałów ciekłokrystalicznych do zastosowań jako epidermalnych znaczników patologii tkanek.
  4. Komputerowe symulacje i wizualizacja własności magnetycznych nanostrukturyzowanych cienkich warstw oraz układów makrospinowych wraz z dynamiką fal spinowych. Badanie domen magnetycznych, histerezy, wpływu zewnętrznych pól i temperatury na konfiguracje namagnesowania.

Zakład Badań Strukturalnych (NZ31)


II. Badania fazy skondensowanej metodą spektroskopii jądrowej; anihilacja pozytonów

  1. Badania głębokościowego rozkładu defektów sieci krystalicznej w metalach i stopach generowanych tuż pod powierzchnią wskutek procesu tarcia jak i modyfikacji powierzchni za pomocą obróbki różnymi metodami np. piaskowania, SMAT (surface mechanical attrition treatment). Przewidziane są badania stabilności termicznej wprowadzonych defektów, a także procesu dynamicznej rekrystalizacji zachodzące w warstwach podpowierzchniowych w wyniku tarcia. Do badań wykorzystane będą techniki pomiarów czasów życia pozytonów, spektroskopia poszerzenia dopplerowskiego, koincydencyjnego poszerzenia dopplerowskiego, mikrotwardości, SEM oraz EBDS. Prowadzone będą badania objętości swobodnych w modyfikowanych poliamidach.
  2. Zastosowanie technik spektroskopii anihilacji pozytonów opartych na wiązce powolnych pozytonów oraz konwencjonalnych źródłach do badań uszkodzeń strukturalnych generowanych przez energetyczne jony. Zarówno wysokoenergetyczne ciężkie jony (kilkaset MeV) oraz jony o energiach od kilkudziesięciu do kilkuset keV zostaną wykorzystane w naświetlaniach. Przedmiotem badań będzie profil defektów, ich zasięg oraz rodzaj.
  3. Obliczenia ab initio charakterystyk anihilacji pozytonów metodą ATSUP dla różnych materiałów. Badanie przy użyciu wiązki pozytonów zjawiska powstawania pęcherzyków w metalach i stopach na skutek irradiacji oraz procesu ich usuwania poprzez naświetlanie ciężkimi jonami.
  4. Pomiary objętości swobodnych w materiałach molekularnych i polimerach metodą anihilacji. Opis lokalnych właściwości mikroskopowych dla wysoko uporządkowanych faz ciekłokrystalicznych wybranych materiałów oraz kryształów plastycznych.

Do badań wykorzystane będą techniki pomiarów czasów życia pozytonów, spektroskopia poszerzenia dopplerowskiego, koincydencyjnego poszerzenia dopplerowskiego.

Zakład Badań Strukturalnych (NZ31)


III. Struktura, własności magnetyczne, magnetotermodynamiczne i magnetotransportowe układów molekularnych i nanostruktur metalicznych

  1. Badanie struktury i własności magnetycznych cienkowarstwowych stopów i nanomateriałów nanostrukturyzowanych metodami chemicznymi, wiązkami jonowymi i wiązką lasera (współpraca z Uniwersytetem w Augsburgu, Akademickim Centrum Materiałów i Nanotechnologii AGH (ACMiN), Centrum Helmholtza Drezno-Rosendorf).
  2. Synteza nanokompozytowych cząstek magnetycznych metodą naświetlania laserem impulsowym (nanosekundowym i pikosekundowym) oraz badanie ich własności strukturalnych, optycznych i magnetycznych (współpraca z Uniwersytetem Hokkaido, Japonia i Laboratoire Hubert Curien, UMR CNRS /UJM/University of Lyon).
  3. Wytwarzanie i badanie właściwości giętkich czujników pola magnetycznego i deformacji.
  4. Wytwarzanie bioceramicznych powłok na tytanie i jego stopach metodą hydrotermalną. Badanie ich struktury, morfologii i funkcjonalności dla zastosowań implantologicznych (współpraca z Katedrą Biomateriałów AGH i Instytutem Fizyki Politechniki Krakowskiej).
  5. Badanie struktury i własności powłok diamentowych oraz diamentopodobnych modyfikowanych poprzez implantację domieszek i naświetlanie laserem.
  6. Opracowanie metody multifunkcjonalizacji cienkich warstw krzemionkowych (współpraca z Wydziałem Chemii Uniwersytetu w Kioto, Uniwersytetem Śląskim).

Zakład Materiałów Magnetycznych i Nanostruktur (NZ34)


IV. Prace nad poznaniem struktury i dynamiki materii miękkiej i materiałów funkcjonalnych przy pomocy komplementarnych metod doświadczalnych i obliczeniowych

  1. Badanie polimorfizmu i dynamiki w substancjach organicznych o różnym stopniu uporządkowania (we współpracy z Uniwersytetem w Tsukubie i Uniwersytetem w Pizie).
  2. Badanie nowych materiałów funkcjonalnych i nowych mezogenów zawierających substancje pochodzenia naturalnego w próbkach objętościowych i w warunkach ograniczenia przestrzennego.
  3. Badania spektroskopowe wybranych faz rotacyjnych i ciekłokrystalicznych (współpraca z Laboratorium Fizyki Neutronowej im. Franka w ZIBJ w Dubnej, Rosja).
  4. Badania struktury, dynamiki i polimorfizmu wybranych farmaceutyków.
  5. Rozbudowa aparatury badawczej w laboratorium kalorymetrii.
  6. Badanie wpływu ograniczeń przestrzennych w układach molekularnych (współpraca z Uniwersytetem w Lipsku).

Zakład Badań Materii Miękkiej (NZ35)


V. Projektowanie, synteza i charakteryzacja nanocząstek metalicznych do różnych zastosowań

  1. Synteza trójwymiarowego, pustego katalizatora bez zawartości platyny oraz określenie zależności pomiędzy jego strukturą i aktywnością elektrochemiczną w utlenianiu etanolu.
  2. Procesy eletrochemiczne i elektrodepozycji powłok tlenkowych na nanocząstkach metali szlachetnych wspomagane wiązką elektronową w środowisku płynnym w transmisyjnym mikroskopie elektronowym.
  3. Procesy nanochemiczne indukowane wiązką elektronową w środowisku płynnym w transmisyjnym mikroskopie elektronowym: kinetyka syntezy i rozpuszczania nanocząstek Pt, Pd, Au i Ag.
  4. Zastosowanie nanocząstek metali szlachetnych (Me NPs) do wspomagania terapii fototerapii i protonowej.
  5. Badania cytoksyczności nanoczastek o różnych kształtach na komórki nowotworowe oraz oddziaływań nanocząstek z komórkami nowotworowymi techniką transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM) oraz absorbcji w podczerwieni.

Zakład Nanomaterialów Funkcjonalnych (NZ32)


VI. Badania komputerowe struktury i dynamiki materiałów krystalicznych i nanomateriałów

  1. Zbadanie ultraszybkich procesów i przejść fazowych w materiałach pod wpływem impulsów promieniowania X emitowanego przez laser na swobodnych elektronach (FEL).
  2. Wyznaczenie struktury i własności dynamicznych kryształów, cienkich warstw oraz nanodrutów FeSi2 o różnych rozmiarach i symetriach.
  3. Badanie rozkładów prawdopodobieństwa układów krystalicznych, w tym anharmonicznych, w przestrzeni konfiguracyjnej.
  4. Badania własności topologicznych w nadprzewodnikach niecentrosymetrycznych z wykorzystaniem metod ab initio oraz modeli ciasnego wiązania.
  5. Zbadanie diagramu fazowego kwantowego lodu spinowego w polu magnetycznym.
  6. Wyznaczenie temperatury przejścia magnetokalorycznego i diagramu fazowego MnAs z uwzględnieniem efektów anharmonicznych.
  7. Przeprowadzenie obliczeń struktury elektronowej i fononowych relacji dyspersji dla wybranej grupy nadprzewodników wysokotemperaturowych.
  8. Badanie układów silnie skorelowanych elektronów z dalekozasięgowym oddziaływaniem kulombowskim.
  9. Przeprowadzenie obliczeń ab initio dla pirofosforanu żelaza i zbadanie jego własności strukturalnych.
  10. Opracowanie nowej metody teoretycznej do opisu ultraszybkich procesów indukowanych promieniowaniem X z uwzględnieniem magnetycznych stopni swobody.

Zakład Komputerowych Badań Materiałów (NZ33)

VII. Synteza i charakterystyka materiałów molekularnych w matrycach porowatych

  1. Optymalizacja syntezy matryc porowatych z tlenku aluminium pod kątem otrzymania struktury pozwalającej na syntezę materiału magnetycznego wewnątrz porów (współpraca z Uniwersytetem Lotaryngii).
  2. Optymalizacja syntezy krzemionkowych matryc porowatych metodą Stöbera pod kątem uzyskania wysokiego stopnia uporządkowania porów (współpraca z Uniwersytetem Śląskim).
  3. Otrzymywanie magnetycznych nanodrutów wewnątrz matryc porowatych metodą elektrodepozycji oraz analiza ich własności.
  4. Otrzymywanie krystalitów wewnątrz matryc porowatych metodą dekompozycji termicznej (współpraca z Uniwersytetem Śląskim).
  5. Symulacje oddziaływań magnetycznych pomiędzy uporządkowanymi w płaszczyźnie układami jednostek trwale magnetycznych.

Zakład Inżynierii Molekularnej i Nanoelektroniki (NZ36)

VIII. Badania właściwości magnetycznych materiałów molekularnych o różnej wymiarowości

  1. Przejścia fazowe, efekt magnetokaloryczny i badanie wpływu czynników fizycznych na własności magnetyków molekularnych.
  2. Relaksacje magnetyczne niskowymiarowych magnetyków molekularnych.
  3. Analiza teoretyczna oraz symulacje kwantowe właściwości magnetycznych układów molekularnych o różnej wymiarowości.

Zakład Magnetyzmu Molekularnego (NZ37)