Instytut Fizyki Molekularnej Polskiej Akademii Nauk



Kierownik zespołu: prof. dr hab. Roman Świetlik

Cele badawcze

Badania struktury elektronowej niskowymiarowych przewodników organicznych oraz jej modyfikacji wywołanych przemianami fazowymi (głównie przejścia typu metal-izolator), zjawisk uporządkowania ładunkowego i fluktuacji rozkładu ładunku, oraz sprzężeń elektronów z drganiami wewnętrznymi molekuł. Badania organicznych przewodników protonowych: dynamika protonów w mostkach wodorowych, sprzężenia elektronów i protonów z fononami, natura przemian fazowych indukowanych temperaturą oraz ciśnieniem. Badania materiałów węglowych, w tym głównie tlenku grafenu modyfikowanego różnymi molekułami, które mogą znaleźć potencjalne zastosowanie w optoelektronice i fotowoltaice.

Profil badawczy

Wykorzystując metody spektroskopii optycznej (zakres FIR-IR-NIR-Vis) oraz spektroskopię rozproszenia Ramana, prowadzone są badania widm oscylacyjnych i elektronowych przewodzących soli z przeniesieniem ładunku, przewodników protonowych i modyfikowanych tlenków grafenu. W wielu przypadkach wykonywane są również pomiary widm fluorescencji. Badania eksperymentalne uzupełniane są obliczeniami za pomocą metod teoretycznych chemii kwantowej (metody DFT).

Programy badawcze

  • Projekt NCN - Wytwarzanie i właściwości optoelektroniczne kompozytów na bazie tlenku grafenu (2015 - 2019),
    lider - AGH, koordynator - dr. inż. K. Lewandowska
  • Projekt MNiSW - Synteza i właściwości fotoelektrochemiczne nowych układów hybrydowych tlenku grafenu z modyfikatorami organicznymi dla zastosowań w optoelektronice molekularnej (2015-2017),
    kierownik - dr. inż. K. Lewandowska
  • Projekt NCN - Badania metodami spektroskopii IR i Ramana roli wiązania wodorowego i halogenowego w formowaniu stanu izolatora Motta w niskowymiarowych przewodnikach organicznych utworzonych przez pochodne TTF (tetratiofulwalen) (2012-2015),
    kierownik - prof. R. Świetlik (grant HARMONIA - współpraca z Francją)
  • Projekt promotorski MNiSW - Efekt wiązania chemicznego w wybranych układach typu fuleren-chromofor organiczny (2010-2011),
    kierownik - prof. A. Graja (doktorantka - mgr B. Laskowska)
  • Projekt MNiSW - Widma w podczerwieni i Ramana nowych magnetycznych i/lub przewodzących organicznych soli z przeniesieniem ładunku (2009-2012),
    kierownik - prof. R. Świetlik (projekt POLONIUM - współpraca z Francją)
  • Projekt MNiSW - Nowe, organiczne układy fotoaktywne - struktura molekularna i elektronowa, wzbudzenia optyczne, dynamika (2008-2011),
    kierownik - prof. A. Graja
  • Projekt MNiSW - Magnetyczne sole z przeniesieniem ładunku utworzone przez organometaliczne kompleksy ditiolenów - badania własności spektroskopowych (2008-2010),
    kierownik - prof. R. Świetlik

Osiągnięcia naukowe

  • Przeprowadzono syntezę nowego przewodnika protonowego (szczawian pirazolu) i zbadano jego przewodnictwo protonowe, własności termiczne oraz widma optyczne. Okryto, że wraz ze wzrostem temperatury występują mięknięcie sieci, które skutkuje przejściem fazowym typu porządek-nieporządek. W wyniku  przemiany  obserwuje sie wzrost przewodnictwa elektrycznego, który związany jest z wymiarowością układu wiązań wodorowych
    [M. Widelicka et al., PhysChemChemPhys 19, 25653 (2017)]
  • Aby wyjaśnić mechanizm przejścia fazowego metal-izolator w przewodniku organicznym (rac-DM-EDT-TTF)2PF6  z chiralnymi molekułami donora (TMI=110 K), przeprowadzono badania widm odbiciowych w podczerwieni oraz widm Ramana. Na podstawie poszerzenia wrażliwego na ładunek pasma oscylacyjnego ν2 molekuły donora DM-EDT-TTF obserwowanego w widmach Ramana poniżej 110 K, zaproponowano mechanizm uwzględniający koegzystencję stanu dimerowego Motta oraz fluktuacji ładunku w niskiej temperaturze.
    [I. Olejniczak et al., J. Phys. Chem. C 121, 21975 (2017)]
  • Za pomocą spektroskopii rozproszenia Ramana przeprowadzono badania zjawiska uporządkowania ładunkowego w kryształach jednowymiarowych przewodników organicznych (TMTTF)2X (X=SbF6, AsF6, PF6), którego konsekwencją  jest stan tzw. ferroelektryka elektronowego. W fazie ferroelektrycznej zaobserwowano trzy pasma 503, 507, 526 cm-1, odpowiadające symetrycznemu drganiu rozciągającemu pierścieni rdzenia TTF, które zostały przyporządkowanie molekułom TMTTF posiadającym odpowiednio ładunki 0, +0.5, +1e.  Pasma TMTTF z ładunkiem +0.5e odpowiadają domenom ferroelektrycznym, natomiast pasma molekuł neutralnych i całkowicie zjonizowanych pochodzą od ścian domenowych.
    [R. Świetlik et al., Phys. Rev. B 95, 085205 (2017)].
  • Zbadano widma w podczerwieni i Ramana  kompleksu z przeniesieniem ładunku (EDT-TTF-I2)2TCNQF, w którym zachodzi indukowane temperaturą przejście od fazy neutralnej do fazy jonowej. Temperaturowe zależność pasm oscylacyjnych, zarówno donora EDT-TTF-I2 jak i akceptora TCNQF, pokazują, że średnie przeniesienie ładunku zmienia się od wartości bliskiej zeru w temperaturze pokojowej do wartości 1e w T= 8 K. Zaproponowany został  schemat przemiany w kompleksie o stechiometrii 2:1.
    [A. Frąckowiak et al., J. Chem. Phys. C 120, 23740 (2016)]
  • Opisano metodę „dostrajania” właściwości elektronicznych w materiałach zsyntezowanych na bazie fulerenu C60. Pokazano, że dodanie różnej ilości pierścieni tiofenowych wpływa na podstawowe właściwości fotoelektrochemiczne układu, takie jak położenie poziomu energii Fermiego, czy wartość pracy wyjścia. Badania eksperymentalne uzupełnione obliczeniami kwantowo-mechanicznymi pozwoliły na pełen opis struktury energetycznej badanych układów. Analiza pokazała, że nie tylko zmianie ulegają położenia pasm energetycznych, szczególnie poziomu HOMO, wynikające z przyłączenia do molekuły C60 tiofenu, mającego w tym układzie właściwości donorowe, ale również zmiana ta obejmuje rozkład gęstości elektronowej i wiąże się z powstaniem  dodatkowego potencjału elektrostatycznego.
    [K. Lewandowska et al., Appl. Phys. Lett. 106, 041602 (2015)]
  • Odkrycie międzywarstwowego uporządkowania ładunkowego w organicznym metalu (tTTF-I)2ClO4 zawierającym dwie nierównoważne warstwy donorów. Badania widm rozproszenia Ramana pokazały, że w temperaturze pokojowej rozkład ładunku w przewodzących warstwach tTTF-I jest nierównomierny, a w niskich temperaturach staje się równomierny. Ten unikatowy efekt jest konsekwencją częściowego przeniesienia ładunku między warstwami o różnej strukturze elektronowej.
    [K.-S. Shin et al., Dalton Trans. 43, 5280 (2014)]
  • Zbadanie procesów elektronowych w quasi-jednowymiarowych przewodnikach organicznych z jednorodnymi kolumnami molekuł: (DMtTTF)2X (X=ReO4, ClO4).
    [D. Jankowski et al., J. Raman Spectrosc. 44, 1765 (2013)]
  • Przeprowadzenie badań natury przejścia fazowego ze stanu izolatora Motta do fazy z uporządkowaniem ładunkowym w izostrukturalnych paramagnetycznych półprzewodnikach organicznych K-(BEDT-TTF)4[M(CN)6][N(C2H5)4]•2H2O (M = CoIII, FeIII).
    [A. Łapiński et al., J. Phys. Chem. A 117, 5241 (2013)]
  • Zbadanie fluktuacji rozkładu ładunku w paramagnetycznych przewodnikach i nadprzewodnikach organicznych o ogólnym wzorze (BEDT-TTF)4H3O[FeIII(C2O4)3]•G (G - rozpuszczalnik).
    [I. Olejniczak et al., ChemPhysChem 14, 3925 (2013)]
  • Za pomocą metod spektroskopii w podczerwieni odkryto przejście z fazy neutralnej do fazy jonowej w krysztale (EDT-TTF-I2)2TCNQF.
    [J. Lieffrig et al., Chem. Eur. J. 19, 14804 (2013)]
  • Spektroskopowe badania cienkich warstw utworzonych przez diady fuleren-korol oraz określenie orientacji molekuł względem podłoża.
    [K. Lewandowska et al., Optical Mater. 34, 1729 (2012)]
  • Zbadanie procesów elektronowych w quasi-jednowymiarowych przewodnikach organicznych z jednorodnymi kolumnami molekuł: (o-DMTTF)2X (X = Br, I).
    [D. Jankowski et al., J. Raman Spectrosc. 42, 1518 (2011)]
  • Omówienie fizycznych podstaw procesów transferu energii i wzbudzeń w molekularnych układach organicznych, stosowanych w bateriach słonecznych i innych urządzeniach, ze szczególnym uwzględnieniem fulerenów i barwników organicznych, oraz przedstawienie wizji rozwoju fotowoltaiki organicznej.
    [D. Wróbel, A. Graja, Coord. Chem. Rev. 255, 2555 (2011)]
  • Zbadanie wpływu deformacji kompleksu Cp2W(dmit) w paramagnetycznych solach [Cp2W(dmit)]X (X = BF4, PF6, Br , [Au(CN)2]) na widma w podczerwieni i Ramana.
    [E.W. Reinheimer et al., Inorg. Chem. 49, 9777 (2010)]
 
 

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