Projekti / Programi
Fizika kvazikristalov - novih materialov za shranjevanje energije
| 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 |
kvazikristali, shranjevanje vodika, jedrska magnetna resonanca, atomska difuzija, novi materiali, kovinske zlitine, računalniške simulacije
Raziskovalci (2)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
03939 |
dr. Janez Dolinšek |
Fizika |
Vodja |
2005 - 2007 |
769 |
| 2. |
20209 |
dr. Martin Klanjšek |
Fizika |
Raziskovalec |
2005 - 2007 |
193 |
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
0106 |
Institut "Jožef Stefan" |
Ljubljana |
5051606000 |
90.724 |
Povzetek
V okviru predlaganega projekta se bomo posvetili trem vsebinskim sklopom. Ker velik del zanimivih fizikalnih lastnosti kvazikristalov izvira iz obnašanja prevodniških elektronov, je za razumevanje teh lastnosti – prek česar je mogoče najti tudi pot do morebitne uporabe – na prvem mestu potrebno poznavanje elektronskih lastnosti in povezanost le-teh s specifično strukturo kvazikristalov. V ta namen je smiselno primerjati elektronske lastnosti kvazikristalov z elektronskimi lastnostmi kvazikristalom sorodnih kovinskih zlitin. Izvedli bomo natančno primerjalo študijo velikega števila kovinskih vzorcev z različnim kovinskim značajem. Da bi bili zaključki zanesljivi, bomo pred tem vzorce natančno strukturno, fazno in kemijsko analizirali. Pričakujemo, da bomo potrdili hipotezo, da gostota elektronskih stanj pri Fermijevi energiji narašča s kovinskim značajem. Za gotovost dobljenih zaključkov je potrebno razpolagati z visoko-kvalitetnimi vzorci, do kakršnih imamo dostop pri vrhunskih kristalogojcih širom sveta.
Določitev natančne strukture kvazikristalov je eden izmed osrednjih problemov na tem raziskovalnem področju. Kljub temu, da je lege večjega števila atomov v večini poznanih kvazikristalov mogoče določiti, pa to ne velja za vse. Doslej še noben kvazikristal ni bil strukturno popolnoma dešifriran, ravno poznavanje strukture pa bi odprlo pot v razumevanje njihovih nenavadnih fizikalnih lastnosti – ter tako okrepilo tudi možnosti za praktično uporabo. V naši raziskovalni skupini smo prvi opazili, da je NMR spekter ikozaedričnih kvazikristalov šibko kotno odvisen. Prek kotne odvisnosti je načeloma mogoče sklepati na porazdelitev gradientov električnega polja, prek te pa na pravilnost obstoječih strukturnih modelov. Vendar pa to zaporedje sklepanja ni trivialno. Izmerjeno kotno odvisnost razumemo zgolj intuitivno, v okviru predlaganega projekta pa nameravamo to razumevanje poglobiti. Kotno odvisnost NMR spektra smo zaenkrat izmerili samo za vzorec iz družine AlPdMn, podobno meritev pa bomo v okviru predlaganega projekta izvedli tudi za vzorec iz družine AlCuFe. Ker je znano, da sta vzorca strukturno različna, se nadejamo, da bo ta razlika vidna tudi na izmerjeni kotni odvisnosti. Če se hipoteza izkaže za resnično, bomo na ta način prišli do nove eksperimentalne metode za določitev strukture ikozaedričnih kvazikristalov, metode, ki bi bila komplementarna doslej obstoječim metodam.
V vzorce kvazikristalov je mogoče vskladiščiti velike količine vodikovih atomov, ta možnost pa odpira tudi novo pot do obetavnih gorivnih celic bližnje prihodnosti. Bistveno vlogo pri tem igra zmožnost uporabljenega materiala, da reverzibilno sprejme vodik, torej zmožnost vodik vskladiščiti in izskladiščiti v razumnem času. Ta zmožnost je povezana z mobilnostjo vodika znotraj (kvazi)kristalne mreže, tako da je poznavanje difuzijske konstante vodika v teh materialih bistvenega pomena. V naši raziskovalni skupini smo prvi uporabili metodo NMR difuzije v stresanem polju superprevodnega magneta za direktno določitev difuzijske konstante v vzorcih kvazikristalov in kovinskih stekel iz družine ZrCuNiAl. Kljub temu pa natančen mikroskopski mehanizem difuzije vodikovih atomov ni poznan. V okviru predlaganega projekta nameravamo raziskati ta mehanizem v kvazikristalih iz družin ZrCuNiAl in Ti(Zr/Hf)Ni, in sicer prek meritev disperzije spinsko-mrežnega relaksacijskega časa ter meritev temperaturne odvisnosti devteronskih NMR spektrov. V ta namen bo kvazikristale potrebno napolniti s težkim vodikom – devterijem. Jedra težkega vodika imajo spin I = 1 in tako prek meritev NMR spektra nudijo bogatejši vpogled v dinamiko (težkega) vodika znotraj (kvazi)kristalne mreže.
