Projekti / Programi
Magnetna resonanca in dielektrična spektroskopija kondenzirane materije: 'pametni' novi materiali in zlom translacijske simetrije
01. januar 2004
- 31. december 2008
| 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 |
Novi aperiodični materiali in nove tehnike, materiali za spintroniko, kvazikristali, inkomenzurabilni kristali in kompleksne kovinske zlitine, strukturni fazni prehodi, magnetoelektrični organski in anorganski relaksorji, nanomagneti in organski magneti, elektronska in jedrska resonanca za študij lokalne strukture in dinamike neurejenih sistemov.
Raziskovalci (29)
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
0106 |
Institut "Jožef Stefan" |
Ljubljana |
5051606000 |
85.821 |
Povzetek
Program je usmerjen v raziskave novih aperiodičnih materialov in razvoj novih tehnik za študij lokalne strukture in dinamike teh sistemov. Namen raziskav je odkriti osnovne zakonitosti fizike teh sistemov, kar je pogoj za sintezo novih materialov z lastnostmi zanimivimi za uporabo. Izzivi predlaganega raziskovalnega programa so predvsem:
a) Novi materiali za spintroniko.
Doslej je bila v elektroniki uporabljena predvsem prostostna stopnja električnega naboja oz. toka. Spinska prostostna stopnja, ki do zdaj v elektroniki ni bila uporabljena, obeta razvoj povsem novih tehnologij (novi spominski elementi na nivoju molekul, spinski tranzistor, kvantni informacijski procesorji). V okviru predlaganega programa nameravamo raziskati vrsto novih polprevodniških materialov za spintroniko tako na osnovi TiO2 nanocevčic kot tudi na osnovi novih magnetoelektričnih materialov, ki združujejo lastnosti feromagnetov in feroelektrikov. Hkrati nameravamo raziskati osnovno spinsko dinamiko na lokalnem nivoju.
b) Novi magnetoelektrični organski in anorganski relaksorji.
Relaksorji in še posebej snovi, ki kažejo hkrati magnetno in feroelektrično ureditev, odpirajo povsem nove možnosti za aktuatorje, elektromehanske pretvornike in spominskime elemente. V okviru predlaganega programa nameravamo raziskati naravo sklopitve med električno polarizacijo in magnetizacijo teh sistemov ter razviti nove relaksorje in ugotoviti osnovno fiziko teh sistemov.
c) Kompleksne kovinske zlitine in kvazikristali.
Kompleksne zlitine kovinskih elementov z orjaškimi osnovnimi celicami, podobno kot kvazikristali, združujejo nekatere lastnosti, ki jih najdemo ali pri izolatorjih ali pri polprevodnikih. V urejenih sistemih tega ni. Tako kljub kovinskemu značaju kažejo naraščanje električne upornosti s padajočo temperaturo in nizko toplotno prevodnost. Kažejo tudi izjemne mehanske lastnosti in so primerni za trdne prevleke v vesoljski in drugi visoki tehnologiji. V okviru predlaganega programa nameravamo raziskati lokalno strukturo ter fazonsko in elektronsko dinamiko teh sistemov kot tudi njihove magnetne lastnosti in omogočiti sintezo novih materialov z vnaprej določenimi lastnostmi.
d) Nanomagneti in organski magneti.
Nanomagneti na osnovi Mn12 omogočajo shranjevanje podatkov na molekularnem nivoju, pri čemer je omejevalni faktor makroskopsko kvantno tuneliranje magnetizacije V okviru predlaganega programa nameravamo raziskati novo družino molekularnih nanomagnetov vrste Mn4, ki naj bi imeli bistveno višjo potencialno bariero med obema smerema magnetizacije in naj bi zato ohranili podatke tudi pri sobni temperaturi. Raziskati nameravamo tudi čiste organske magnete na osnovi C60.
Skupna značilnost raziskav a), b), c) in d) je da sistemi niso translacijsko periodični kot običajni kristali in da so zato posebej pomembne njih lokalne lastnosti, ki jih najbolje raziščemo z magnetnimi resonancami. Sisteme a, b, c in d lahko potencialno uporabimo tako v spintroniki kot pri magnetnih in električnih spominskih in drugih elektronskih elementih.
Ker so lastnosti omenjenih aperiodičnih materialov določene predvsem z njihovo lokalno strukturo nameravamo razviti nove magnetnoresonančne tehnike za študij lokalnih lastnosti teh snovi na mikroskopskem nivoju: frekvenčno odvisno elektronsko paramagnetno resonanco, dvojno in trojno jedrsko kvadrupolno resonanco, 2D in 3D "exchange NMR" jedrsko magnetno resonanco v visokem magnetnem polju in disperzijo spin-mrežnih relaksacijskih časov. Razvijati nameravamo tudi druge nove spektroskopske metode, pomembne za tehniško prakso kot na primer polarizacijsko ojačano jedrsko kvadrupolno resonanco za detekcijo min in eksplozivov ter mamil.
Gornji program je nadaljevanje dosedanjih raziskav, ki so privedle do več kot 10 podeljenih patentov, več kot 600 publikacij med njimi 40 v Physical Review Letters in več kot 12.000 citatov v SCI. Laboratorij za magnetne resonance pa spada med vodilne v Evropi in svetu in je del Centra odličnosti EU.
Pomen za razvoj znanosti
Naše opravljene raziskave so pomembne za razumevanje osnovnih zakonitosti fizike sistemov z zlomljeno translacijsko simetrijo in še posebej za fiziko kvazikristalov, fiziko relaksorjev, fiziko feroelektrikov, fiziko elastomerov, razvoj novih spintronskih materialov, kot tudi za razumevanje prostorsko omejenih sistemov ter vzgojo mladih raziskovalcev in podiplomskih študentov. Po drugi strani pa so rezultati pomembni tudi za razvoj novih merskih tehnik (nove tehnike jedrske kvadrupolne resonance, jedrske dvojne resonance, multipulzne EPR spektroskopije, dinamične kalorimetrije, itd.), novih materialov in proizvodov in za tehnološki razvoj. Sodelavci programske skupine so v letih 2004 - 2008 objavili 176 izvirnih znanstvenih del v mednarodnih znanstvenih revijah (od tega 1 članek v Nature ter 8 v Phys. Rev. Lett.), vsa dela sodelavcev programske skupine pa so bila v letih 2004 - 2008 v mednarodni znanstveni literaturi citirana 2900-krat. Člani programske skupine so imeli tudi preko 50 vabljenih predavanj na mednarodnih kongresih.
Pomen za razvoj Slovenije
Razultati programa so odmevali v svetovnem merilu in so zato pomembni za ugled Slovenije v tehnološko razvitih državah. Med praktično pomembnimi dosežki je treba posebej omeniti direktno konverzijo električne energije v mehansko s pomočjo orjaškega elektromehanskega efekta relaksorjev, izdelavo superobčutljivega prototipa NQR aparature za detekcijo min in eksplozivov, razvoj novih vrst super baterij, razvoj metod za hitro karakterizacijo poliamidnih vlaken in za karakterizacijo tabletiranja farmaceutskih učinkovin in razvoj novih spintronskih nanomaterialov. Omenjeni dosežki predstavljajo visokotehnološke koncepte in izdelke s slovensko znamko.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
