Instytut Fizyki Molekularnej Polskiej Akademii Nauk



Cele badawcze

Realizacja badań eksperymentalnych z uwzględnieniem interpretacji teoretycznej w dziedzinie układów o silnie skorelowanych elektronach, w szczególności sieci Kondo, układów z domieszkowym efektem Kondo, fluktuującą walencyjnością, szkieł spinowych. Charakteryzacja zdolności do zeszklenia stopów amorficznych oraz badanie procesów krystalizacji zachodzących w stopach metastabilnych strukturalnie. Poszukiwanie nowych materiałów magnetokalorycznych i termoelektrycznych o optymalnych dla zastosowań parametrach.

Profil badawczy

Otrzymywanie związków i stopów międzymetalicznych na bazie pierwiastków ziem rzadkich w formie krystalicznej, nanokrystalicznej i amorficznej. Charakterystyka strukturalna (dyfrakcja rentgenowska) oraz określanie w szerokim zakresie temperatur właściwości magnetycznych (magnetometria wibracyjna, podatność magnetyczna stało- i zmiennoprądowa), elektrycznych (opór elektryczny, magnetoopór, efekt Halla), cieplnych (ciepło właściwe, przewodnictwo cieplne, siła termoelektryczna).

Programy badawcze

1. Grant PRELUDIUM -12 - Materiały magnetycznie twarde bez lantanowców otrzymywane z faz metastabilnych strukturalnie (03.07.2017-02.07.2020), kierownik mgr inż. Andrzej Krzysztof Musiał
2. Projekt MNiSW - Amorficzne materiały magnetokaloryczne na bazie metali przejściowych z lantanowcami (2012-2013), kierownik - dr inż. Z. Śniadecki
3. Projekt MNiSW - Wpływ zmian strukturalnych na własności magnetyczne i elektronowe faz Lavesa RCo2 (R=Y lub lantanowiec) (2011-2014), kierownik - prof. B. Idzikowski
4. Projekt MNiSW - Efekt magnetokaloryczny w związkach międzymetalicznych (2011-2013), kierownik - dr hab. T. Toliński, prof. IFM PAN
5. Projekt MNiSW - Własności magnetyczne i elektronowe związków międzymetalicznych z niestabilną powłoką 4f (2009-2011), kierownik - dr hab. A. Kowalczyk, prof. IFM PAN
6. Projekt MNiSW - Zjawiska krytyczne w związkach z cerem zależne od wielkości ziaren w nanoskali (2008-2011), kierownik - prof. B. Idzikowski
7. Projekt MNiSW - Badanie własności metastabilnych związków i stopów międzymetalicznych wspierane obliczeniami ab initio (2008-2009), kierownik - prof. B. Idzikowski
8. Projekt MNiSW - Magnetyzm, własności termodynamiczne i transportowe związków z cerem o strukturze CaCu5 (2007-2009), kierownik - dr hab. T. Toliński, prof. IFM PAN
9. Projekt promotorski MNiSW - Amorfizacja międzymetalicznych związków Dy(Mn,Fe)6(Ge,Al)6 i poznanie ich własności (2007-2009), kierownik - prof. B. Idzikowski (doktorant - mgr inż. Z. Śniadecki)
10. Projekt promotorski MNiSW - Własności magnetyczne i elektronowe związków międzymetalicznych RNi4Si (R=lantanowiec) (2007-2009), kierownik - dr hab. A. Kowalczyk, prof. IFM PAN (doktorant - mgr inż. M. Falkowski)

Osiągnięcia naukowe

• Zaobserwowana została skokowa zmiana gęstości badanych materiałów (przy zmianie stechiometrii, dla składów Hf₁Cr₁Co₁₁B i Hf_0.5Cr_1.5Co₁₁B), która jest skorelowana ze zmianą struktury, z amorficznej w krystaliczną. Pomiary zostały wykonane nowatorska metodą (z wykorzystaniem mikroskopu konfokalnego) pozwalającą na pomiary próbek o małych objętościach [Śniadecki et al. Materials Characterization 132, 46 (2017)]
• Potwierdzono współistnienie dwóch faz Hf₂Co₁₁ na podstawie pomiarów XRD oraz termomagnetycznych w stopie Hf₂Co₁₁B [A. Musiał et al. J. Alloys Compd. 665, 93 (2016)]
• W oparciu o pomiary podatności magnetycznej stało- oraz zmiennoprądowej wyznaczono magnetyczny diagram fazowy dla serii stopów Ce(Cu_1-xNi_x)₄Mn. Ma on złożony charakter, między innymi wskazuje na obecność obszarów współistnienia fazy ferromagnetycznej i szkła spinowego [K. Synoradzki, T. Toliński, Materials Chemistry and Physics, 177, 242-249 (2016)]
• Zaobserwowano i opisano wpływ nieporządku chemicznego oraz topologicznego na właściwości magnetyczne związków bazujących na paramagnetyku Pauliego YCo2 [Z. Śniadecki et al., J. Appl. Phys. 115, 17E129 (2014), Z. Śniadecki et al., Appl. Phys. A 118, 1273 (2015), A. Wiśniewski et al., J. Alloys Compd. 618, 258 (2015)]
• Korzystając z półempirycznych modeli określono zdolność do zeszklenia układów trójskładnikowych na bazie metalu przejściowego. Obliczono zakresy stechiometrii, dla których stopy ulegają łatwej amorfizacji [Z. Śniadecki, J. Alloys Compd. 615, S40 (2014)]
• Określono właściwości magnetyczne oraz parametry charakteryzujące efekt magnetokaloryczny w dwupodsieciowych ferrimagnetykach na bazie kobaltu i pierwiastka ziem rzadkich [Z. Śniadecki et al., J. Alloys Compd. 584, 477 (2014)]
• Wyjaśniono mechanizm amorfizacji grupy stopów amorficznych Y(Ce)-Cu-Al i opisano wpływ elektronów 4f na właściwości magnetyczne, transportowe oraz cieplne [B. Idzikowski et al., J. Non-Cryst. Solids 357, 3717 (2011), B. Idzikowski et al., J. Non-Cryst. Solids 383, 2 (2014)]
• Dla dużej grupy związków na bazie ceru określono wpływ elektrycznego pola krystalicznego na ich właściwości fizyczne. Oparto się na pomiarach podatności magnetycznej, ciepła właściwego oraz nieelastycznego rozpraszania neutronów [T. Toliński et al., J. Magn. Magn. Mater. 345, 243 (2013)]
• Wyznaczono po raz pierwszy: dla związku Mn5Ge3 adiabatyczną zmianę temperatury, wpływ rozmiaru ziaren na wydajność efektu magnetokalorycznego oraz dla wybranych związków z serii RNi4M (R - ziemia rzadka, M - metal, metaloid) parametry charakteryzujące efekt magnetokaloryczny [T. Toliński et al., Intermetallics 47, 1 (2014), T. Toliński et al., J. Alloys Compd. 523, 43 (2012)]
• Komplementarne badania izostrukturalnej serii związków Ce(Cu1-xNix)4MnyAl1-y pozwoliły skonstruować magnetyczne diagramy fazowe dla czterech transformacji między różnymi stanami podstawowymi (stan ferromagnetyczny, szkła spinowego, fluktuującej walencyjności, ciężkofermionowy). [K. Synoradzki et al., J. Phys.: Condens. Matter 24, 136003 (2012)]
• Pomiary podatności magnetycznej w szerokim zakresie temperatur (2 - 1000 K) dla związku YbNiAl4, wsparte modelem fluktuacji międzykonfiguracyjnych (ICF), wykazały występowanie fluktuacji między walencyjnością Yb3+ a Yb2+. Związek ten nie jest układem ciężkofermionowym, o czym świadczy mała wartość współczynnika elektronowego ciepła właściwego [A. Kowalczyk et al., J. Appl. Phys. 107, 123917 (2010)]
• Wyznaczono i wyjaśniono przebiegi siły termoelektrycznej w sieciach Kondo CeCu4M oraz w związkach wykazujących fluktuującą walencyjność CeNi4M (M = In, Ga) [T. Toliński et al., J. Alloys Compd. 490, 15 (2010)]
• Poza dostępnymi w Zakładzie technikami, w prowadzonych badaniach stosowano wiele komplementarnych metod eksperymentalnych dostępnych w ramach współpracy międzynarodowej (dyfrakcja neutronów, nieelastyczne rozpraszanie neutronów, pomiary z wykorzystaniem promieniowania synchrotronowego)