Kierownik zespołu: dr hab. Wojciech Kempiński, prof. IFM PAN

Cele badawcze

Badania polarnych stanów i przejść fazowych w szkłach protonowych typu K1-x(NH4)xH2PO4 (KADP), kwantowych paraelektrykach KTaO3, czystych i z domieszką jonu litu, oraz fullerenach C60. Określenie charakteru przewodnictwa elektrycznego w układach nanowęglowych, w tym zbadanie wpływu molekuł „gościa”, porowatości oraz zewnętrznego pola elektrycznego na przewodnictwo przeskokowe w aktywowanych włóknach węglowych (ACF - Activated Carbon Fibers), nanorurkach węglowych oraz grafenie.

Profil badawczy

Działalność naukowa związana jest z badaniami niskotemperaturowymi w obszarze fizyki ciała stałego: przemian fazowych, nadprzewodnictwa, nanoukładów węglowych oraz fizyki cieczy kwantowych: 4He i 3He. Tematy badawcze realizowane są z wykorzystaniem następującej aparatury naukowej: spektrometru elektronowego rezonansu paramagnetycznego (4.2 - 300 K), układu do pomiarów dielektrycznych, podatności magnetycznej i badania zjawisk transportu: przewodnictwa elektrycznego i cieplnego z kriostatem wykorzystującym 3He (0.3 - 300 K), skaningowego mikroskopu tunelowego (2 - 300 K), spektrometru mas (detekcja koncentracji na poziomie 10-3 ppm mas z zakresu 1 - 128 amu).

Programy badawcze

  • Projekt MNiSW - Nanoukłady węglowe dla elektroniki molekularnej i spintroniki (2010-2013), kierownik - dr hab. W. Kempiński, prof. IFM PAN
  • Projekt NCN - Niskotemperaturowe badania polarnych stanów w kwantowym paraelektryku K1-xLixTaO3 (2011-2015), kierownik - prof. Z. Trybuła
  • Projekt NCBiR - Pozyskiwanie izotopu 3He z ciekłego 4He (2012-2015), grant realizowany w ramach konsorcjum: IFM PAN - PGNiG S.A. Odział w Odolanowie - PWr, lider projektu - IFM PAN, kierownik - dr hab. W. Kempiński, prof. IFM PAN

Osiągnięcia naukowe

  • W oparciu o badania EPR i czteropunktowego przewodnictwa elektrycznego zaproponowano model przewodnictwa przeskokowego dla układów aktywowanych włókien węglowych [W. Kempiński et al., Appl. Phys. Lett. 88, 143103 (2006), Carbon 57, 530 (2013)]
  • Zbadano wpływ promieniowania ultradźwiękowego na strukturę kryształów grafitu i możliwość otrzymania przy jej pomocy pojedynczych płaszczyzn grafenowych. Metoda może być wykorzystana jako alternatywna i tańsza względem metod chemicznych lub innych fizycznych, obecnie stosowanych [Sz. Łoś et al., Micropor. Mesopor. Mat. 130, 21 (2010), Carbon 55, 53 (2013)]
  • Określono wpływ tlenu na strukturalne przejście fazowe w fulerenie C60 za pomocą pomiarów dielektrycznych i EPR. Wyniki te mogą być wykorzystane do weryfikacji czystości monokryształu C60 [Z. Trybuła et al., J. Phys.: Condens. Matter 21, 435402 (2009)]
  • Na podstawie badań liniowej i nieliniowej podatności dielektrycznej oraz relaksacji zaproponowano mechanizm powstania stanu ferroelektrycznego w KTaO3 z domieszką Li. Wyjaśniono także mechanizm dodatniej wartości trzeciego nieliniowego współczynnika podatności dielektrycznej χ3, którego przebieg temperaturowy określa charakter przejścia fazowego
  • Wykryto i opisano rezonans piezoelektryczny i zależność temperaturową częstotliwości rezonansowej dla KADP x = 0.24 oraz Rb1-x(NH4)xH2AsO4 RADA x = 0.15
  • Zbadano różnice pomiędzy parametrami modelu przeskokowego transportu elektrycznego rejestrowane w takich układach jak ACF wysycane wybranymi typami molekuł i układ węgiel amorficzny - nanorurki węglowe (nanodruty)
  • Stwierdzono możliwość zaobserwowania przerwy kulombowskiej w układach ACF sterowanych niskonapięciowo
  • Wykazano możliwość kontrolowania transportu ładunku przy pomocy zewnętrznego pola elektrycznego w układach ACF+ dipolowe molekuły „gościa”
  • Przy pomocy techniki EPR w zakresie dwóch pasm częstotliwości wykazano możliwość wystąpienia stanu trypletowego w widmach grafitu HOPG (highly oriented pyrolytic graphite)
  • Wykazano przydatność nowoczesnych materiałów nanowęglowych (nanorurki węglowe czyste i dekorowane, tlenek grafitu, grafen) jako filtrów entropowych używanych do wzbogacania mieszaniny 4He - 3He w izotop 3He

W latach 2009-2014 Zakład Fizyki Niskich Temperatur realizował trzy projekty badawcze. Jeden z projektów został zakończony w roku 2013, dwa pozostałe są w trakcie realizacji. Każdy z projektów finansowany był z oddzielnego źródła: NCN, MNiSW oraz NCBiR. Dużym sukcesem było zawiązanie Konsorcjum Naukowego, w skład którego weszły: IFM PAN, PGNiG S.A. w Warszawie, Oddział w Odolanowie i Politechnika Wrocławska. Liderem Konsorcjum został IFM PAN. W ramach tego projektu podjęto próbę wzbogacenia mieszaniny 4He - 3He w izotop 3He. Izotop ten jest obecnie niemal niedostępny na rynku, co generuje ciągły wzrost jego ceny. Projekt realizowany jest z udziałem jedynego producenta ciekłego helu w kraju i w Europie - PGNiG S.A. w Warszawie, Oddział w Odolanowie.

Tło strony

Żel fizyczny utworzony przez żelator methyl-4,6-O-(p-nitrobenzylidene)-α-D-glukopyranozę z butanolem w stężeniu 2%, obraz z polaryzacyjnego mikroskopu optycznego