Zakład Fizyki Niskich Temperatur

Badania



Cele badawcze

Realizowane są dwa główne cele badawcze. Pierwszy z nich nakierowany jest na badania nowoczesnych materiałów węglowych (GO, RGO, nano-diamenty, włókna węglowe) w obszarach spintorniki i elektroniki molekularnej oraz możliwości wykorzystania tych materiałów w obszarach energetyki (konwersja energii, superkondensatory i separacja izotopu He3). Drugi z celów dotyczy badań polarnych stanów w kwantowych paraelektrykach.

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 zjawisk transportu: przewodnictwa elektrycznego i cieplnego z kriostatem wykorzystującym He3 (0.3 - 300 K) oraz spektrometru mas (detekcja koncentracji na poziomie 10-3 ppm mas z zakresu 1 - 128 amu) pracującego w układzie do separacji izotopu He3 z ciekłego helu.

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 (2012-2016), 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

  • Badania EPR i XPS  tlenku grafenu (GO) oraz zredukowanego tlenku grafenu (RGO) w postaci czystej oraz domieszkowanej wybranymi molekułami pozwoliły przeanalizować zjawisko lokalizacji ładunku i spinu w tych materiałach i określić ich wysoką czułość na obecność molekuł gościa,
    [M. Kempiński et al., Appl. Phys. Lett. 111 (8) 084102 (2017)],
  • Zagadnienia związane z konwersją energii wytyczają główne kierunki badań w zakresie materiałów węglowych. W materiałach kompozytowych grafitowego azotku węgla opisany został odwrotny efekt fotoelektryczny,
    [M. Seredych, Sz. Łoś, et al., Chem. Sus. Chem 9 (2016) 795],
  • Na podstawie temperaturowych badań liniowej i nieliniowej podatności dielektrycznej wykryto istnienie polarnych nanoobszarów w czystym kwantowym paraelektryku KTaO3 poniżej temperatury 40K,
    [Z. Trybuła et al. Sol. State Commun. 209-210, 23 (2015)],
  • Systematyczne badania kryształu K1-xLixTaO3 pozwoliło na zaproponowanie mechanizmu powstania stanu ferroelektrycznego dla x>0,22,
    [Z. Trybuła, et al. Mat. Res. Bull., 84, 298-302 (2016); Z. Trybuła, et al. Phys. Stat. Solidi B 253, No 6, 1076-1081 (2016)],
  • Polaryzacja spontaniczna powstaje w wyniku przesunięcia względem siebie jonów tantalu i tlenów w otoczeniu oktaedrycznym. Mechanizm ten umożliwia domieszka jonów litu, które zmniejszają wartość pola depolaryzacyjnego. Wyjaśniono także mechanizm dodatniej wartości trzeciego nieliniowego współczynnika podatności dielektrycznej χ3, którego przebieg temperaturowy określa charakter przejścia fazowego. Pokazano także, że w tej grupie kryształów ma miejsce współistnienie stanu ferroelektrycznego i relaksorowego,
    [Sz. Łoś, et al. J. Phys. Chem. A 120, 8970-8975 (2016), Z. Trybuła et al. Phase Transitions 89 (7-8) 794-802 (2016)],
  • Szerokie spectrum technik eksperymentalnych stosowanych w badaniach zjawiska lokalizacji i transportu elektrycznego w nanomateriałach węglowych zawarto w pracy:
    [W. Kempiński et al. Beilstein J. Nanotechnol. 5 (2014) 1760-1766],
  • W oparciu o badania EPR i czteropunktowego przewodnictwa elektrycznego zaproponowano model przewodnictwa przeskokowego dla układów aktywowanych włókien węglowych,
    [M. Kempiński et al., Appl. Phys. Lett. 88, 143103 (2006), W. Kempiński et al. 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), Sz. Łoś et al. Carbon 55, 53 (2013)],
  • W latach 20013-2016 Zakład Fizyki Niskich Temperatur realizował trzy projekty badawcze. Jeden z projektów został zakończony w roku 2013, dwa pozostałe w latach 2015 -2016. Każdy z projektów finansowany był z oddzielnego źródła: NCN, MNiSW oraz NCBiR. Dużym sukcesem było zawiązanie Konsorcjum Naukowego, w skład którego weszły trzy podmioty: 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 He4/He3 w izotop He3. Pozytywne wyniki uzyskano zarówno w badaniach laboratoryjnych (układ do separacji statycznej) jak i przemysłowych (separacja dynamiczna w separatorze przepływowym). Projekt PiHe3 realizowany był z udziałem jedynego producenta ciekłego helu w kraju i w Europie - PGNiG S.A. w Warszawie, Oddział w Odolanowie,
    [M. Chorowski et al. Cryogenic Engineering,  Book Series: AIP Conference Proceedings 1573 (2014) 276-284].

 

Publikacje

Publikacje: 2021, 2015, 2013, 2012, 2010, 2009, 2008, 2007, 2006, 2005

2021

  1. J. Niechciał, W. Kempiński, L. Stobiński, Z. Trybuła, P. Banat, M. Chorowski, J. Poliński, K. Chołast, A. Kociemba
    Separation of 3He Isotope from Liquid Helium with the Use of Entropy Filter Composed of Carbon Nanotubes
    Energies 2021, 14, 6832, 2021

2015

  1. Z. Rdzawski, W. Głuchowski, J. Stobrawa, W. Kempiński, B. Andrzejewski
    Microstructure and properties of Cu-Nb and Cu-Ag nanofiber composites
    Archives of Civil and Mechanical Engineering, 15, 689-697, 2015

2013

  1. M. Połomska, B. Hilczer, E. Markiewicz, Z. Trybuła, B. Andrzejewski, I. Szafraniak-Wiza, A. Pietraszko
    Dielectric response and specific heat studies of Cd2Nb2O7 ceramics obtained from mechano-synthesized nanopowders
    IEEE Transactions on Ultrasonics Ferroelectrics and Frequency Control Vol. 60, No. 8, 1603-1611, 2013

2012

  1. M. Połomska, B. Hilczer, E. Markiewicz, Z. Trybuła, B. Andrzejewski, I. Szafraniak-Wiza, A. Pietraszko
    XRD, Dielectric and Magnetic Studies of Cd2Nb2O7 Ceramics Obtained from Mechano-Synthesized Nanopowders
    IEEE-xplore, pp. 4, doi: 10.1109/ISAF.2012.6297742, 2012

2010

  1. M. Trybuła, Z. Trybuła
    The profile of professor Jan Stankowski - family and scientific remembrances.
    Current Topics in Biophysics, 33 (suppl A) 6-11 (2010)
  2. Sz. Łoś, L. Duclaux, W. Kempiński
    Different types of paramagntic complexes and size manifastation in epr measurments of small carbon particles.
    Current Topics in Biophysics, 33 (suppl A) 193-198 (2010)
  3. M.M. Kempiński, W. Kempiński, M. Augustyniak-Jabłokow, M. Śliwińska-Bartkowiak
    Spin localization in ACF detected with EPR.
    Current Topics in Biophysics 33 (suppl. A) 109-112 (2010)
  4. M.A. Augustyniak-Jabłokow, Y.V. Yablokov, B. Andrzejewski, W. Kempiński, Sz. Łoś, K. Tadyszak, M.Y. Yablokov, V.A. Zhikharev
    EPR and magnetism of the nanostructured natural carbonaceous material shungite.
    Physics and Chemistry of Minerals 37, 237-247, 2010
  5. Sz. Łoś, L. Duclaux, W. Kempiński, M. Połomska
    Size effect in the characterization of microporous activated nanostructured carbon.
    Microporous and Mesoporous Materials 130, 21-25, 2010
  6. J. Dec, S. Miga, Z. Trybuła, K. Kaszyńska, W. Kleemann
    Dynamics of Li+ dipoles at very low concentration in quantum paraelectric potassium tantalate.
    Journal of Applied Physics 107, 094102, 2010
  7. J. Dec, S. Miga, W. Kleemann, Z. Trybuła, K. Kaszyńska
    Does Highly Dilute KTaO3:Li Undergo Collective Glassy Freezing?
    Ferroelectrics, 399, 118 (2010)
  8. A. Trzaskowska, S. Mielcarek, B. Mróz, Z. Trybuła
    Elastic and elasto-optical properties of Rb1-x(NH4)xH2AsO4 mixed crystals studied by Brillouin spectroscopy.
    Crystal Research Technology 45, No. 1, 48 – 52 (2010)
  9. D. Markowski, W. Kempiński, M. Kempiński, Z. Trybuła, K. Kaszyńska, M. Śliwińska-Bartkowiak
    Electric Conductivity of Carbon Nanoparticles Stimulated by Electric Field.
    Acta Physica Polonica A, 118, 457 (2010)
  10. B. Strzelczyk, W. Kempiński, M. Wróblewski, B. Susła, J. Piekoszowski, Z. Werner, M. Barlak, J. Martinek, M. Błaszyk, Sz. Maćkowiak, Z. Trybuła, Sz. Łoś, M. Kempiński
    Low temperature STM/STS, standard AFM and XPS of local MgBx Phases.
    Acta Physica Polonica A, Vol. 118 (2010), 417-419
  11. Z. Trybuła, W. Kempiński, Sz. Łoś, K. Kaszyńska, M. Trybuła, J. Piekoszowski, Z. Werner, M. Barlak
    Superconductivity of Mg2B2 layers propared on silikon  substrate by implantation of Magnesium ions into boron substrate.
    Acta Physica Polonica A, Vol. 118 (2010), 323-325

2009

  1. J. Piekoszewski, W. Kempiński, M. Barlak, Z. Werner, Sz. Łoś, B. Andrzejewski, J. Stankowski, L. Piekara-Sady, E. Składnik-Sadowska, W. Szymczyk, A. Kolitsch, R. Grötzschel, W. Starosta, B. Sartowska
    Superconductivity of Mg–B layers prepared by a multi-energy implantation of boron into magnesium and magnesium into boron bulk substrates followed by the furnace and pulsed plasma annealing.
    Surface and Coatings Technology 203, 2694-2699, 2009
  2. Sz. Łoś, M. Trybuła, L. Piekara-Sady
    The influence of air on the structural phase transition in fullerene C60.
    Journal of Physics: Condensed Matter 21, 435402, 2009

2008

  1. S. Lijewski, M. Wencka, S.K. Hoffmann, M. Kempiński, W. Kempiński, M. Śliwińska-Bartkowiak
    Electron spin relaxation and quantum localization in carbon nanoparticle: electron spin echo studies.
    Physical Review B 77, 014304, 2008
  2. L. Piekara-Sady, W. Jurga, W. Kempiński, Sz. Łoś, J. Stankowski, J. Piekoszewski, M. Barlak, Z. Werner, J. Stanisławski
    Magnetically modulated microwave absorption study of superconducting MgB2 regions.
    Applied Magnetic Resonance 34, 157-162, 2008
  3. Sz. Łoś, W. Kempiński, J. Piekoszewski, L. Piekara-Sady, Z. Werner, M. Barlak, B. Andrzejewski, W. Jurga, K. Kaszyńska
    The evolution of superconducting phase MgBx.
    Acta Physica Polonica A, Vol. 114, No. 1, 179-184, 2008

2007

  1. J. Piekoszewski, W. Kempiński, M. Barlak, J. Kaszyński, J. Stanisławski, B. Andrzejewski, Z. Werner, L. Piekara-Sady, E. Richter, J. Stankowski, R. Grötzschel, Sz. Łoś
    Superconducting and electrical properties of Mg-B structures formed by implantation of magnesium ions into the bulk boron followed by pulse plasma treatment.
    Vacuum 81, 1398-1402, 2007
  2. J. Piekoszewski, W. Kempiński, B. Andrzejewski, Z. Trybuła, J. Kaszyński, J. Stankowski, J. Stanisławski, M. Barlak, J. Jagielski, Z. Werner, R. Grötzschel, E. Richter
    Formation of superconducting regions of MgB2 by implantation of magnesium ions into boron substrate followed by intense pulsed plasma treatment.
    Surface & Coatings Technology 201, 8175-8179, 2007
  3. B. Andrzejewski, W. Kempiński, Z. Trybuła, J. Kaszyński, J. Stankowski, Sz. Łoś, J. Piekoszewski, J. Stanisławski, M. Barlak, Z. Werner, P. Konarski
    Critical currents density and current loops range in MgB2 thin layers obtained by the technique of ions implantation followed by pulsed plasma transient annealing.
    Cryogenics 47, 267-271, 2007

2006

  1. M. Kempiński, W. Kempiński, M. Śliwińska-Bartkowiak
    Influence of guest molecules adsorption on electronic properties of activated carbon fibers.
    Reviews on Advanced Materials Sciences 12, 72-77, 2006
  2. M.Yu. Yablokov, M.A. Augustyniak-Jabłokow, W. Kempiński, J. Stankowski, Yu.V. Yablokov
    Paramagnetic resonance of Shungite – a natural nano-structured carbonaceous material.
    physica status solidi (b) 243, No. 8, R66-R68, 2006
  3. N. Guskos, J. Typek, G. Żołnierkiewicz, A. Błońska-Tabero, Sz. Łoś, W. Kempiński
    Effects of thermal treatment on magnetic properties of Ni2FeV3O11-δ compound.
    Materials Science – Poland, Vol. 24, 983-989
  4. J. Stankowski, W. Kempiński, S. Łoś, W. Bednarski, S. Waplak, R. Micnas
    Two paramagnetic iron states at the Verwey phase transition in magnetic.
    Journal of Magnetism and Magnetic Materials 301, 2006, 88-93
  5. M. Kempiński, W. Kempiński, J. Kaszyński, M. Śliwińska-Bartkowiak
    Model of spin localization in activated carbon fibers.
    Applied Physics Letters 88, 143103, 2006
  6. Z. Trybuła, W. Kempiński, B. Andrzejewski, L. Piekara-Sady, J. Kaszyński, M. Trybuła, J. Piekoszewski, J. Stanisławski, M. Barlak, E. Richter
    Superconducting regions and Kondo effect of MgB2 formed by implantation of magnesium ions into boron substrate.
    Acta Physica Polonica A, Vol. 109, No. 4-5, 657-660, 2006

2005

  1. J. Piekoszewski, W. Kempiński, B. Andrzejewski, Z. Trybuła, L. Piekara-Sady, J. Kaszyński, J. Stankowski, Z. Werner, E. Richter, F. Prokert, J. Stanisławski, M. Barlak
    Superconductivity of MhB2 thin films prepared by ion implantation and pulsed plasma treatment.
    Vacuum 78, 2005, 123-129
  2. Z. Trybuła, J. Kaszyński, H. Małuszyńska
    Phases coexistence of hydrogen-bonded K1-x(NH4)xH2PO4 crystal.
    Ferroelectrics 316, 125-129. 2005
  3. S. Mielcarek, Z. Tylczyński, Z. Trybuła, S. Łoś, B. Mróz
    Thermal conductivity of Tb2(MnO4)3 crystals at low temperatures.
    Cryst. Res. Technol. 40, No. 12, 1146 (2005)
  4. K. Kaszyńska, Z. Trybuła, M.D. Glinchuk, I.P. Bykov, V.V. Laguta
    The local order in KtaO3 admixtured by the ions of Li+.
    Acta Physica Polonica A, Vol. 108, No. 2, 379-383, 2005
  5. S. Łoś, L. Duclaux, M. Letellier, P. Azais
    Study of adsorption properties on lithium doped activated carbon materials.
    Acta Physica Polonica A, Vol. 108, No. 2, 2005, 371-377
  6. M. Kempiński, W. Kempiński, M. Śliwińska-Bartkowiak
    Size modification of nanographite system of activated carbon fibers studied by EPR.
    Acta Physica Polonica A, Vol. 108, No. 2, 2005, 339-343
  7. Z. Trybuła, W. Kempiński, B. Andrzejewski, L. Piekara-Sady, J. Kaszyński, J. Piekoszewski, Z. Werner, E. Richter, F. Prokert, J. Stanisławski, M. Barlak
    Formation of superconducting regions oh MgB2 by implantation of boron ions intomagnesium substrate.
    Acta Physica Polonica A, Vol. 108, No. 1, 2005, 165-170
  8. J. Kaszyński, Z. Trybuła, H. Małuszyńska
    Dielectric properties of K1-x(NH4)xH2PO4 (x=0. 095) crystal.
    Acta Physica Polonica A, Vol. 108, No. 1, 2005, 103-106

Współpraca

  • Institute for Conensed Matter Physics of the Ukrainian Academy of Sciences, Lwów, Ukraina
  • Institute for Problems of Materials Science Ukrainian Academy of Sciences, Kijów, Ukraina
  • Department of Physics, Ben-Gurion University of the Negev, Be’er-Sheva, Izrael
  • University of Rennes, Francja
  • Department of Physics, Montana State University, Bozeman, Montana, Stany Zjednoczone
  • Institute of Physics, Crystal Physics Division, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza, Poznań, Polska

Wyposażenie

  • SE/X Electron Paramagnetic Resonance Spectrometer,
  • Helium 3 cryostat ( 0.3K to 300K ),
  • Superconducting Magnet,
  • 4275A Multi- Frequency LCR Meter, and 1689M Gen. Rad. RLC Digibridge.