Projekti / Programi
Jedrska magnetna resonanca kondenzirane materije
01. januar 1999
- 31. december 2003
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.02.00 |
Naravoslovje |
Fizika |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P260 |
Naravoslovno-matematične vede |
Kondenzirane snovi: elektronska struktura, električne, magnetne in optične lstnosti, supraprevodniki, magnetna rezonanca, relaksacija, spektroskopija |
jedrska magnetna resonanca, razvoj novih metod, neurejeni sistemi, fazni prehodi, feroelektriki, relaksorji, polimeri, stekla, inkomenzurabilni sistemi, organski magneti, tekoči kristali
Raziskovalci (20)
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
0106 |
Institut "Jožef Stefan" |
Ljubljana |
5051606000 |
90.682 |
Povzetek
Program skupine za jedrsko magnetno resonanco (NMR) kondenzirane materije je usmerjen v določitev strukture in dinamike neurejene in delno urejene kondenzirane materije na atomskem in molekularnem nivoju in povezavo teh spoznanj z makroskopskimi lastnostmi trdnih snovi. To pa je osnova za nove uporabe teh snovi in za sinteze novih materialov. Pomemben del programa je tudi razvoj novih spektroskopskih metod (dvojnoresonančne metode in 2D "exchange difference" NMR), saj klasične metode niso najbolj primerne za študij neurejenih kondenziranih sistemov. Skupina je edina te vrste v Sloveniji. Laboratorij za NMR se od leta 1973 dalje (ko je bila na letni šoli Ampere v Baškem Polju, ki jo je organizirala naša skupina, prvič podana ideja o 2D NMR) uvršča med 10 vodilnih NMR laboratorijev v svetu. S pomočjo jedrske dvojne resonance in cikliranja magnetnega polja smo prvi izmerili čiste jedrske kvadrupolne resonančne spektre dušika v nukleinskih kislinah in polipeptidih. O tem dosežku je revija Nature objavila poseben uvodnik. Skupina je tudi utemeljila uporabo NMR za študij strukturnih faznih prehodov. Rezultati zgodnjih raziskav faznih prehodov so zbrani v monografiji "Soft Modes in Ferroelectrics and Antiferroelectrics" R. Blinca in B. Žekša, North Holland Publishing Company, 1974, ki je bila prevedena v ruščino in kitajščino. Dela skupine so v bazi SCI citirana več kot 10150-krat. Raziskovalno delo skupine bo v naslednjih letih usmerjeno v: a) razvoj novih 2D NMR tehnik za študij ultrapočasne dinamike trdne snovi in razvoj novih dvojnoresonančnih metod; b) raziskave relaksorjev in strukturnih stekel ter neurejenih feroelektrikov in feroelektričnih ter antiferoelektričnih tekočih kristalov; c) raziskave kvazikristalov in inkomenzurabilnih kristalov; d) raziskave molekularnih nanomagnetnih skupkov; e) raziskave organskih magnetov na osnovi fulerenov. S predlaganimi raziskavami nameravamo ugotoviti osnovne fizikalne in strukturne zakonitosti omenjenih sistemov in tako prispevati k razvoju fizike neurejenih sistemov. Poznavanje povezave med strukturo in lastnostmi teh sistemov bo tudi podlaga za uporabo omenjenih sistemov v vrsti aplikacij in za sintezo novih materialov z za uporabo zanimivimi lastnostmi. Tako naj bi raziskave TDAE-C60 omogočile sintezo novih organskih magnetov z višjimi temperaturami faznega prehoda, raziskave relaksorjev pa pripravo materialov, katerih elektromehanske lastnosti naj bi bile za nekaj redov velikosti boljše od dosedanjih. Raziskave molekularnih nanomagnetnih skupkov pa bodo morda prispevale k razvoju novih magnetnih spominskih elementov z višjo gostoto zapisa informacij od dosedanjih.Pomemben del programa so tudi raziskave uporabnosti NMR za hitro in nedestruktivno določanje aktivne površine cementnih materialov in spremljanje stopnje hidratacije cementov ter uporabe NMR za določanje vsebnosti vode v živilih in konstrukcijskih materialih.
Pomen za razvoj znanosti
Pričakovani rezultati naj bi prispevali k še bolj vsestranski uporabnosti večdimenzionalne NMR za študij kondenzirane materije in tako prispevali k razvoju NMR spektroskopije. Prispevali naj bi tudi k rešitvi nekaterih odprtih mejnih problemov fizike kondenzirane materije, še posebej fizike stekel, fizike feroelektrikov, fizike tekočih kristalov in magnetnih nanoskupkov ter fulerenov in organskih magnetov. Tako naj bi razjasnili fizikalno naravo relaksorjev, ki združujejo lastnosti dipolarnih stekel in makroskopskih feroelektrikov in za katere doslej ne obstaja mikroskopska teorija. Prav tako naj bi osvetlili lastnosti kvazikristalov, za katere še doslej ni jasno, kateri izmed mnogih doslej predlaganih modelov je pravi. Še posebej to velja za dinamične lastnosti teh sistemov, ki podobno kot inkomenzurabilni sistemi kažejo obstoj fazonskih ekscitacij. Prav tako je še odprta mikroskopska narava antiferoelektrienih in ferielektrienih tekočih kristalov in tekočekristalnih polimerov. Tu lahko NMR kot lokalna metoda razlikuje med različnimi predlaganimi modeli in ugotovi, kateri je pravi. NMR lahko tudi ugotovi porazdelitev nesparjene elektronske gostote po molekularnih nanomagnetnih skupkih in tako odločilno prispeva k razumevanju teh sistemov, ki naj bi omogočili povsem nove vrste magnetnega zapisa in morda celo konstrukcijo kvantnih računalnikov.
Pomen za razvoj Slovenije
Predlagani raziskovalni program je po eni strani pomemben za Slovenijo, ker omogoča osnovne raziskave na vrhunskem nivoju in s tem vzgojo strokovnjakov, ki bodo imeli odprto pot v najboljše svetovne laboratorije. Od tam lahko prinesejo nazaj v Slovenijo ne le najnovejše znanje, temveč tudi najnovejše tehnologije, ki se tam uporabljajo in ki jih na drug način ni mogoče dobiti oziroma se jih naučiti. Univerzama omogoča tudi vzgojo vrhunskih strokovnjakov na 2. in 3. stopnji in s stalnim dotokom tujih gostujočih profesorjev in raziskovalcev ustvarja mednarodno raziskovalno klimo, ki je Sloveniji še kako potrebna. Omenjene raziskave s svojo odmevnostjo tudi povečujejo mednarodno prepoznavnost Slovenije.Rezultati raziskav pa so po drugi strani pomembni tudi sami po sebi, saj so podlaga za sintezo novih materialov in njihovo uporabo v tehniški praksi. Razvoj novih NMR metod pa omogoča hitro karakterizacijo polimerov, gradbenih materialov, živilskih in konstrukcijskih materialov. Kot primer naj navedemo uporabo NMR za študij hidratacije cementov. Rezultati NMR raziskav hidratacije cementov na primer ne le omogočajo hitro določanje lastnosti aditivov (pospeševalcev oziroma zaviralcev hidratacije cementa), temveč tudi hitro, neposredno in natančno določanje aktivne površine in s tem zrnatosti cementov. Tako lahko postane NMR nova metoda za krmiljenje produkcijskih procesov v cementni industriji, ki s pomočjo hitrejšega in natančnejšega določanja zrnatosti omogoča znatne prihranke električne energije. Raziskave relaksorjev naj bi omogočile sintezo novih materialov za elektromehanske pretvornike in mikromotorje, raziskave antifero- in ferielektričnih tekočih kristalov pa uporabo novih materialov za hitre elektrooptične prikazatelje, ki so lahko po eni strani uporabni za razvoj digitalne TV z visoko informacijsko gostoto, po drugi strani pa za razvoj novih generacij varilskih očal.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo
