Zadania badawcze

Temat 3. BADANIA FAZY SKONDENSOWANEJ MATERII

Zakład Badań Strukturalnych (NZ31)

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, amorfizacji, witryfikacji, morfologii i ruchów molekularnych w substancjach feroicznych i mezogennych we współpracy z Consiglio Nazionale delle Ricerche, Area della Ricerca di Pisa (ICCOM-CNR U.O.S. di Pisa), Uniwersytetem w Pizie oraz Wydziałem Chemii, Uniwersytetu Wrocławskiego. Interpretacja wpływu oddziaływań daleko-zasięgowych oraz lokalnych na zmiany dynamiki wewnętrznej oraz morfologii substancji molekularnych w różnych fazach termodynamicznych oraz stanach szklistych na gruncie analiz teoretycznych opartych na 13 modelach fenomenologicznych. Poszukiwanie materiałów ciekłokrystalicznych do zastosowań jako epidermalnych znaczników patologii tkanek.
  4. Modelowanie struktur i badanie wzbudzeń objętościowych i powierzchniowych w wybranych układach niskowymiarowych. Poszukiwanie stabilnych i metastabilnych konfiguracji układów mikromagnetycznych, a także optymalnych metod ich przełączania za pomocą czynników zewnętrznych. Badanie wpływu stanów powierzchniowych na mechanizmy przełączania.
  5. Komputerowe symulacje i wizualizacja własności magnetycznych nanostrukturyzowanych cienkich warstw oraz układów makrospinowych. Badanie domen magnetycznych, histerezy, wpływu zewnętrznych pól i temperatury na konfiguracje namagnesowania.

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 z uwzględnieniem przemian fazowych, rekrystalizacji i innych procesów zachodzących podczas wygrzewania. Do badań wykorzystane będą techniki pomiarów czasów życia pozytonów, spektroskopia poszerzenia dopplerowskiego, koincydencyjnego poszerzenia dopplerowskiego, mikrotwardości, XRD, SEM.
  2. Zastosowanie technik spektroskopii anihilacji pozytonów opartych na wiązce powolnych pozytonów oraz konwencjonalnych źródłach do badań uszkodzeń strukturalnych generowanych przez energetyczne jony. Analizie poddane zostaną czyste metale tj. Au, W, Bi, stopy Inconel 625 oraz układy cienkich warstw SiO2-TiO2. Zarówno wysokoenergetyczne ciężkie jony (kilkaset MeV) oraz protony o energiach od kilkudziesięciu do kilkuset keV zostaną wykorzystane w naświetlaniach. Profil defektów, ich zasięg oraz rodzaj będzie przedmiotem tych badań.
  3. Obliczenia ab initio charakterystyk anihilacji pozytonów metodą ATSUP dla metali. Badanie metodami spektroskopii anihilacji zniszczeń i defektów materiałowych na skutek erozji kawitacyjnej. Wykorzystanie procesu piaskowania i wygrzewania do otrzymywania powierzchni materiałów UFG (< 1 μm), a następnie ocena wpływu wielkości ziaren na ich odporność przy naświetlaniu wysokoenergetycznymi 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. Badania wpływu usieciowania na objętości swobodne w elastomerach.

Zakład Materiałów Magnetycznych i Nanostruktur (NZ34)

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 i Uniwersytetem w Mińsku).
  2. Otrzymywanie metodą elektrodepozycji magnetycznych nanodrutów oraz analiza ich morfologii, własności strukturalnych, magnetycznych i magnetotransportowych (współpraca z Wydziałem Metali Nieżelaznych oraz z Wydziałem Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej).
  3. Synteza nanokompozytowych cząstek magnetycznych metodą naświetlania laserem impulsowym (nanosekundowym i pikosekundowym) oraz badanie ich własności strukturalnych, optycznych i magnetycznych (współpraca z Instytutem Fizyki Uniwersytetu Jagiellońskiego).
  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).
  5. Badanie struktury i własności powłok diamentowych modyfikowanych poprzez implantację domieszek.
  6. Opracowanie metody multifunkcjonalizacji cienkich warstw krzemionkowych (współpraca z Wydziałem Chemii Uniwersytetu w Kioto, Uniwersytetem Śląskim).
  7. Analiza teoretyczna oraz symulacje kwantowe układów molekularnych o różnej wymiarowości.
  8. Badanie właściwości fizycznych magnetyków molekularnych w formie objętościowej i cienkowarstwowej. (współpraca z Instytutem Fizyki Eksperymentalnej Słowackiej Akademii Nauk, Wydziałem Chemii UJ, Instytutem Metalurgii i Inżynierii Materiałowej).

Zakład Badań Materii Miękkiej (NZ35)

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).
  2. Badanie nowych materiałów funkcjonalnych i nowych mezogenów zawierających substancje pochodzenia naturalnego.
  3. Badania spektroskopowe wybranych faz rotacyjnych i ciekłokrystalicznych (współpraca z Laboratorium Fizyki Neutronowej im. Franka w ZIBJ w Dubnej).
  4. Badania struktury, dynamiki i polimorfizmu wybranych farmaceutyków.
  5. Rozbudowa aparatury badawczej w laboratorium kalorymetrii.
  6. Badanie wpływu ograniczeń przestrzennych w układach molekularnych.

Zakład Nanomateriałów Funkcjonalnych (NZ32)

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

  1. Synteza i charakteryzacja nanocząstek magnetycznych typu core/shell do zastosowań w obrazowaniu rezonansem magnetycznym (MRI).
  2. Zastosowanie nanocząstek metali szlachetnych (Me NPs) do wspomagania terapii protonowej.
  3. 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 Komputerowych Badań Materiałów (NZ33)

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 FeSi2 oraz cienkich warstw i nanodrutów FeSi2 o różnych rozmiarach, osadzonych na podłożu Si.
  3. Badania własności termodynamicznych nanocząstek FePt metodą dynamiki molekularnej.
  4. Badanie struktury i własności elastyczych stopów wieloskładnikowych metali przejściowych.
  5. Zbadanie struktury elektronowej i podatności par Coopera w nadprzewodnikach żelazowych.
  6. Zbadanie własności magnetycznych lodu kwantowego.
  7. Zbadanie własności anharmonicznych kryształów w funkcji temperatury.
  8. Zbadanie własności strukturalnych i dynamicznych magnetytu w niskotemperaturowej fazie jednoskośnej Cc.
  9. Badanie przejść fazowych w układach silnie skorelowanych metodą sieci tensorowych.
  10. Badanie układów silnie skorelowanych elektronów z dalekozasięgowym oddziaływaniem kulombowskim.