Informacje ogólne

Badania

Obszar badawczy

Własności fizyczne mieszanin ciekłokrystalicznych, cieczy i dielektrycznych układów molekularnych.

Cele badawcze

Zakład Fizyki Ciekłych Kryształów i Układów Dielektrycznych koncertuje się na trzech głównych celach badawczych:

  • W pierwszym prowadzone prace obejmują badania właściwości fizycznych ciekłych kryształów oraz mechanizmy tworzenia i stabilizacji mezofaz. Prowadzona jest analiza wpływu różnych czynników takich jak: pole elektryczne, temperatura, defekty, domieszkowanie polimerowe, oddziaływania powierzchniowe. W Zakładzie prowadzone są badania mezofaz: nematyków, smektyków, cholesteryków, sfrustrowanych faz chiralnych (fazy błękitne), ferro- i antyferroelektrycznych smektyków oraz superstruktur liotropowych opartych na celulozie. Obejmują one charakterystykę własności strukturalnych, termodynamicznych, optycznych, dielektrycznych, elektrooptycznych i lepko-sprężystych w funkcji częstotliwości i natężenia pola elektrycznego, składu oraz temperatury.
  • Drugi obszar badań obejmuje układy, w których celem jest poznanie mechanizmu relaksacji molekularnej, struktury i właściwości transportowych, jak również poznanie wpływu wiązań wodorowych i oddziaływań dipolowych na strukturę i własności cieczy oraz kryształów molekularnych. Ponadto prowadzone prace badawcze obejmują badanie dynamiki molekularnej i przejść fazowych metodami magnetycznego rezonansu jądrowego.
  • W Zakładzie rozwijane są również metody numeryczne i symulacje komputerowe klasycznych układów cząsteczek. Wykonuje się modelowanie miękkiej materii i cieczy prostych metodami dynamiki molekularnej (MD), dynamiki brownowskiej (BD) oraz Monte Carlo (MC).

Profil badawczy

Przykłady realizowanych tematów:

  • Własności strukturalne, dielektryczne, lepko-sprężyste i elektrooptyczne w chiralnych ciekłych kryształach, ze szczególnym uwzględnieniem faz błękitnych.
  • Zagadnienie samoorganizacji w układach miękkiej materii (ciekłych kryształach, koloidach).
  • Badania nieliniowych efektów dynamicznych w stabilizowanych powierzchniowo ciekłych kryształach.
  • Wpływ oddziaływań powierzchniowych na własności fizyczne cienkich ciekłokrystalicznych układów smektycznych.
  • Badania metodami spektroskopii dielektrycznej i jądrowego rezonansu magnetycznego polimerów supramolekularnych, roztworów elektrolitów i materiałów ferroicznych.
  • Rozwijanie metod symulacji komputerowych (MD, BD, MC): termostatów deterministycznych oraz metod symulacji układów cząsteczek w warunkach silnych ograniczeń przestrzennych.
  • Symulacje własności strukturalnych, termodynamicznych i dynamicznych modelowych układów miękkiej materii, cieczy prostych i mieszanin binarnych.
  • Badania układów warstwowych typu ciekły kryształ/celuloza.

Skład

Kierownik Zakładu

Obecny skład Zakładu

Zasłużeni byli pracownicy

  • prof. dr hab. Jan Jadżyn

  • prof. dr hab. Wojciech Kuczyński

  • dr hab. Jerzy Hoffmann, prof. IFM PAN

  • mgr Grzegorz Czechowski

Współpraca

Współpraca naukowa

  • Institut des Sciences Chimiques de Rennes, UMR 6226 CNRS Universite de Rennes, Rennes, Francja (Prof. F. Camerel)

  • Katholieke Univ Leuven, Department of Chemistry, Lab Mol Elect & Photon, Leuven, Belgia (Prof. K.  Clays)

  • Materials and Engineering Research Institute, Sheffield Hallam University, Wielka Brytania (Prof. A. Alderson)

  • Instytut Fizyki, Uniwersytet w Zielonej Górze, Polska (prof. M. Dudek)

  • Department of Chemistry, University of Malta, Malta (Prof. J. N. Grima)

  • Department of Chemistry, Ulsan National Institute of Science and Technology , Korea Południowa (Prof. B. Grzybowski)

  • Department of Physics, Royal Holloway, University of London, Wielka Brytania (Prof. D. M. Heyes)

  • KFKI Atom Energy Res Inst, H-1525 Budapeszt, Węgry (prof. A. R. Imre)

  • Department of Engineering Physics, University of Wisconsin, USA (Prof. R. S. Lakes)

  • School of Science and Technology, Singapore University of Social Sciences, Singapur (Prof. T.-C. Lim)

  • Wydział Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej, Politechnika Gdańska, Gdańsk, Polska (prof. J. Rybicki)

  • Aerospace Engineering, University of Bristol, Wielka Brytania (Prof. F. S. Scarpa)

  • Instytut Mechaniki Stosowanej, Politechnika Poznańska, Poznań, Polska (prof. T. Stręk)

  • School of Engineering, Computing and Mathematics, University of Exeter, Wielka Brytania (Prof. Y.-C. Wang)

  • Sciences Chemiques de Rennes, Universite de Rennes I, Campus de Beaulieu, Batiment 10, Avenue du General Leclerc, 35042 Rennes Cede, Francja

  • Institute of Crystallography RAS, Leninsky Prospect 59, 117333 Moskwa, Rosja

  • F. Ioffe Physico-Technical Institute RAS, Polytekhnicheskaya Street 26, 194021 St Petersburg, Rosja

  • Department of Plant Physiology, Poznań University of Life Sciences, Wołyńska 35, Poznań 60-637, Polska

  • Department of Plant Physiology, Vinh University, Le Duan 182, Vinh City, Vietnam

  • Politechnika Poznańska; Wydział Technologii, Chemicznej; Instytut Technologii i Inżynierii Chemicznej i Mechanicznej i Mechatroniki; Instytut Fizyki

  • Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu; Wydział Technologii Drewna; Instytut Chemicznej Technologii Drewna

  • Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie; Wydział Inżynier

  • J. Stefan Institute and Institute of Mathematics, Physics and Mechanics, University of Ljubljana, Ljubljana, Słowenia

  • Ludwig-Maximilians-Universität, Department of Earth and Environmental Physics, Crystallography Section, Monachium, Niemcy

  • Max-Planck-Institut für Chemische Physic fester Stoffe, Drezno, Niemcy

  • Division of Materials Science, Korea Basic Science Institute, Daejeon, Korea

  • Dnepropetrovsk National University, Nauchnaya Ul 13, UA-49625 Dnepropetrovsk, Ukraine

Konsorcja i sieci

Wyposażenie

Wyposażenie

  • Spektrometr elektronowego rezonansu paramagnetycznego (EPR) firmy Radiopan (typ SE/X), pracujący w pasmie mikrofalowym X (9,4 GHz), wyposażony w miernik częstotliwości MCM 101, magnetometr jądrowy JTM-147 oraz kriostat przepływowy Oxford (typ ESR 900) z zakresem temperatur od 4 do 300 K
    Spektrometr elektronowego rezonansu paramagnetycznego
  • Stanowisko badawcze do pomiarów dielektrycznych, podatności magnetycznej i zjawisk transportu: przewodnictwa elektrycznego i cieplnego w zakresie temperatur od 0,3 do 300 K. W skład stanowiska wchodzą:
    • kriostat z izotopem helu He3 (0,3 - 300 K)
    • kriostat przepływowy He4 (3,5 - 300 K)
    • AVS-47 Resistance Bridge, Picowatt RV-Elektronikka OY, mostek z ośmioma kanałami pomiarowymi oporu elektrycznego w zakresie od 0,0001 Ω do 2 MΩ, w zmiennym polu elektrycznym o częstotliwości 12,5 Hz i mocą pomiarową 10-12 W
    • TS-530A Temperature Controller Picowatt RV-Elektronikka OY, regulator temperatury do regulacji temperatury w kriostacie z He3
    • Oxford Inteligent Temperature Controller ITC 503, do regulacji temperatury w kriostacie przepływowym z He4
    • Agilent E 4980A Precision LCR Meter, pracujący w zakresie od 20 Hz do 2 MHz
    • 4275A Multi-Frequency LCR Meter Hewlett-Packard, pracujacy w zakresie od 10 kHz do 10 MHz
    • 2410-C 1100 V SourceMeter Kethley
    • 6517B Electrometer/High Resistance Meter, Kethley
      Wyposażenie Wyposazenie
  • Układy do badania efektów kwantowych w nadciekłym helu o zakresie pracy od 1,5 K, w skład których wchodzi:
    • podwójny układ dewarów szklanych do badania wydajności filtrów entropowych
    • układ o pojemności 25 LHe z wymiennikiem ciepła do badania skuteczności filtrów entropowych oraz membran
  • Prototyp separatora izotopu He3 z możliwością pomiaru zawartości He3 w He4 na poziomie 10-3ppm, którym Zakład dysponuje w ramach Konsorcjum naukowego: ”IFM PAN – PGNiG SA Oddział w Odolanowie – PWr”
  • Ponadto w skład wyposażenia Zakładu wchodzą m.in.:
    • mostek cyfrowy RLC Digibridge 1689M Gen. Rad.
    • oscyloskop LeCroy WaveSurfer 422 o zakresie pomiarowym do 200 MHz
    • spektrometr Ramana NIR-FT Bruker IFS 66 FRA 106
    • mikroskop ramanowski z kriostatem helowym (sfinansowany przez Fundację Nauki Polskiej)
    • spektrometr dielektryczny Novocontrol o dostępnym zakresie częstości od 10-1 do 109 Hz oraz temperatury od 10 do 500 K
    • aparatura do badań przewodnictwa elektrycznego w zakresie częstości do 109 Hz
    • mikroskop firmy Linkam do badań optycznych w zakresie temperatur od 70 do 870 K
    • skaningowy kalorymetr różnicowy Netzsch DSC 200
    • młyn kulowy Fritsch Pulverisette 6

 

 

Badania

Obszar badawczy

Dynamika spinowa w nanomateriałach węglowych, komunikacja i kryptologia kwantowa oraz innowacyjne ferroiki w elektronice ciała stałego.

Cele badawcze

Zakład Fizyki Niskich Temperatur, Materiałów i Technologii Kwantowych prowadzi fundamentalne badania naukowe, zarówno teoretyczne jak i eksperymentalne, które dotyczą zjawisk, właściwości nanoukładów fizycznych oraz nowych materiałów, wykazujących unikalne cechy związane z efektami kwantowymi, występującymi często w obszarze niskich temperatur. Ważną aktywnością zakładu są także prace badawczo-rozwojowe w obszarze energetyki oraz ochrony przed stałymi oraz zmiennymi polami elektromagnetycznymi.

Profil badawczy

Przedmiotem badań teoretycznych są układy kropek kwantowych, kwantowo-atomowe złącza punktowe, elektronowe układy jedno- oraz dwuwymiarowe, układy hybrydowe na bazie heterostruktur półprzewodnikowych, pojedynczych molekuł, ferromagnetyków, nadprzewodników, a także układy silnie skorelowane, układy z efektem Kondo, współtunelowaniem, transportem elektrycznym zależnym od spinu, elektronowy rezonans spinowy pojedynczych atomów i kropek kwantowych. Zakład zajmuje się również kryptografią kwantową oraz prostymi protokołami kwantowymi w ramach informatyki kwantowej. Badania te prowadzone są przy wykorzystaniu zaawansowanych metod obliczeniowych, takich jak perturbacyjne techniki skalowania, metody numerycznej grupy renormalizacji (NRG) i nierównowagowych funkcji Greena, techniki diagramowe oraz modelowanie. Projektowane są również nanourządzenia elektroniczne o nowych funkcjonalnościach.

Prace eksperymentalne dotyczą metod otrzymywania różnorodnych materiałów węglowych, nadprzewodników, ferroików, multiferroików czy nanokompozytów będących przewodnikami jonowymi oraz ich właściwości fizycznych i zastosowań w obszarach spintroniki i elektroniki molekularnej.

Badania nowoczesnych materiałów węglowych takich jak grafen, tlenek grafenu GO, redukowany tlenek grafenu RGO, nanodiamenty czy nanowłókna węglowe służą poznaniu podstawowych cech tych materiałów, głównie mechanizmów przewodnictwa elektrycznego, magnetyzmu oraz występujących w nich wzbudzeń i trypletowych stanów spinowych. Wyniki badań pozwalają przewidywać oraz proponować zastosowania tych materiałów w obszarach komputerów kwantowych, spintroniki i elektroniki molekularnej przyszłości oraz możliwość ich wykorzystania w nowoczesnej energetyce (konwersja energii, superkondensatory i separacja izotopu 3He.

W przypadku rodziny materiałów ferroicznych, w tym M-heksaferrytów wykazujących ciekawe zachowania magnetyczne, których przykładem jest związek Sr(Ba)Fe12O19 oraz multiferroików o równoczesnych uporządkowaniach ładunkowych i magnetycznych, takich jak żelazian bizmutu BiFeO3, prowadzone prace mają na celu określenie optymalnych warunków ich syntezy przy użyciu metody hydrotermalnej lub mechanosyntezy, a następnie zbadanie wpływu domieszek oraz rozmiaru na ich właściwości magnetoelektryczne. Wykonywane są również badania mające na celu poznanie uporządkowań magnetycznych oraz transportu elektrycznego w nanokompozytach zawierających nanocząsteczki np. magnetytu Fe3O4 w otoczce krzemionkowej lub w matrycach kwasów organicznych.

Prowadzone prace dotyczą również poszukowań stanów polarnych w kwantowych paraelektrykach, właściwości relaksorowych w kryształach K1-xLixTaO3, w których przejście ferroelektryczne (FE) w niskich temperaturach ma charakter perkolacyjny oraz badań niskotemperaturowej fazy polarnej w monokryształach i ceramice PbZrO3, gdzie stwierdzono obecność polarnych (ferrielektrycznych) granic antyfazowych wewnątrz fazy antyferroelektrycznej.

Celem badań przewodników szybkich jonów jest poznanie mechanizmów przewodnictwa elektrycznego, przemian strukturalnych oraz uporządkowań ferroelektrycznych związków organicznych, takich jak np. nowe ferroelektryki [C(NH2)3]4X2SO4 (X=Cl, Br), czy kryształy [C(NH2)3]4Cl2SO4 i (NH4)4H2(SeO4)2. Badane jest także przewodnictwo jonowe nowych materiałów nanokompozytowych, których matrycę stanowi mikro lub nanoceluloza natomiast komponentem aktywnym są związki organiczne.

Prace badawczo-rozwojowe

Działalność badawczo-rozwojowa Zakładu dotyczmy prac związanych z energetyką, między innymi opracowania nowych metod defektoskopii kabli wysokoenergetycznych, zmian starzeniowych w materiałach ceramicznych w urządzeniach ochrony sieci przesyłowych przed przepięciami (warystory), materiałów dla technologii jądrowych i energetyki przyszłości, czyli pozyskiwania izotopu helu 3He stosowanego do detekcji promieniowania oraz syntezy termojądrowej, czy też opracowania metod ochrony przed silnymi polami elektrycznymi oraz promieniowaniem elektromagnetycznym.

Podkategorie