Projekti / Programi
Študij vpliva jakosti sklopitve v heterostrukturiranih sistemih na dinamiko nosilcev naboja v stični meji z uporabo resonančne fotoemisije in metode takta razpada notranjih vrzeli
| 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 |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.03 |
Naravoslovne vede |
Fizika |
fizika površin, raziskave s sinhrotronsko svetlobo, vzbuditve notranjih lupin, dinamika nosilcev naboja, sipanje He atomov, rentgenska absorpcija, resonančna fotoemisija, metoda “takta razpada notranjih vrzeli”
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
29515 |
dr. Gregor Kladnik |
Fizika |
Vodja |
2014 - 2016 |
77 |
Organizacije (1)
Povzetek
Organske molekule so obetavne kandidatke kot gradniki za naslednjo generacijo elektronskih naprav. Molekularne elektronske naprave so zelo privlačne zaradi prednosti zmanjšane velikosti, samourejene rasti, zmožnosti kemijske funkcionalizacije ter enostavne sinteze. Za uresničitev takšne naprave, je pomembno razumeti temeljne fizikalne in kemijske procese na nano skali. Eno od ključnih vprašanj, ki se nanašajo na zmogljivost molekularnih elektronskih naprav je transport nosilcev naboja v organskih filmih ter organsko-anorganskih in hetero-organskih stičnih mejah.
Na sinhrotronski svetlobi temelječe spektroskopske metode pri tem ponujajo primeren pristop za meritve elektronskih lastnosti večjih organskih struktur. Projekt bo izkoristil dolgoročno sodelovanje z Univerzo v Trstu in laboratorijem TASC CNR-IOM ter dostop do žarkovne linije ALOISA na sinhrotronu Elettra z vso pripadajočo raziskovalno infrastrukturo. Posebna pozornost bo namenjena študiju z amino in tiolovo skupino funkcionaliziranih molekul kot so piridini, amino benzeni, aminokisline, ipd. ter pi-konjugiranim sistemom policikličnih aromatskih ogljikovodikov. Te molekule se lahko uporabi kot premostitveni sloj med kovinsko podlago ter drugimi kompleksnimi organskimi spojinami in tako predstavljajo možne kandidate za nadaljni razvoj nano-elektronskih naprav temelječih na organskih molekulah. Poleg teh je načrtovana tudi študija funkcionalizacije grafena z organskimi molekulami, ki velja za obetavnega kandidata za prihodnje nano-naprave.
Kristalna površina substratov bo uporabljena kot 2D predloga za sintezo ter karakterizacijo organskih sistemov v obliki urejenih enomolekulskih slojev z določeno porazdelitvijo velikosti in uniformno adsorpcijsko konfiguracijo. Elektronska struktura takšnih molekulskih sestavov bo nato neposredno izmerjena z rentgensko fotoemisijo ter rentgensko absorpcijsko spektroskopijo. Poleg tega nam bo resonančna fotoemisija ter metoda “takta razpada luknje” (angl. core-hole clock) omogočila preučiti dinamiko vzbujenih elektronov v teh kompleksnih sistemih z izjemno časovno in prostorsko ločljivostjo. Cilj tega projekta je tako proučevanje dinamike nosilcev naboja v kontroliranih molekularnih filmih zraslih in-situ na kovinskih podlagah v pogojih ultravisokega vakuuma. Prav tako bodo z obsežno in sistematično preiskavo raziskani pogoji, ki vodijo do dinamičnega prenosa naboja iz substratov na adsorbirane molekule, kar je bistvenega pomena za razumevanje temeljnih naravnih pojavov v fiziki površin. Dobljene rezultate bomo primerjali ter povezali z meritvami prevodnosti enomolekulskih stikov ter učinkovitosti prototipnih naprav iz enakih organskih sistemov, ki bodo opravljene v sodelovanju s skupinami iz Univerze Columbia v New Yorku. Z uporabo metode “takta razpada luknje” (core-hole clock) bo omogočen študij dinamike prenosa naboja na pod-femtosekundni časovni skali, podrobnosti o sklopitvi molekulskih sistemov z okolico pa bomo podrobno raziskali z rentgensko fotoemisijo ter rentgensko absorpcijo. Poleg tega bo projekt razkril vpliv parametrov eksperimentalne postavitve (npr. smer polarizacije rentgenske svetlobe, molekulske adsorpcijske geometrije, ipd.) na intenziteto resonanc ter rezultate metode “takta razpada luknje”, kar do zdaj še ni bilo podrobno raziskano ter bo s tem predstavljalo pomemben znanstveni prispevek. Končno bodo rezultati spektroskopskih meritev v sodelovanju z različnimi teoretičnimi skupinami iz Italije dodatno podkrepljeni z najmodernejšimi numeričnimi metodami.
Pomen za razvoj znanosti
Raziskave vpliva sklopitve organskih molekul z različnimi anorganskimi in organskimi substrati na prenos nosilcev naboja je ključnega pomena za razumevanje procesov ob stičnih mejah predvsem v luči razvoja naslednje generacije naprednih elektronskih naprav. Molekularni elektronski gradniki so pri tem zelo privlačni prav zaradi prednosti manjše velikosti (miniaturizacija), samourejene rasti, zmožnosti kemijske funkcionalizacije ter enostavne sinteze. Celovita eksperimentalna ter teoretična študija je omogočila vpogled v fizikalni proces prenosa naboja v raziskanih heterostičnih plasteh, ki je ključnega pomena pri načrtovanju novih elektronskih nano-naprav zgrajenih iz organskih molekul. Pri tem je uporabljena ena izmed redkih eksperimentalnih metod, ki omogoča študij transporta nosilcev naboja v molekulskih sistemih na femtosekundni časovni skali, tj. resonančna fotoemisijska spektroskopija (RPES) ter metoda takta razpada vrzeli na notranjih orbitalah (angl. core-hole clock, CHC). Z načrtovano natančno raziskavo vpliva postavitve eksperimenta, tj. smeri polarizacije rentgenske svetlobe, emisijskega kota elektronov ter orientacije molekul na površini, na intenziteto RPES signala ter tako določenega časa prenosa naboja smo prvič izvedli obširno ter sistematsko raziskavo vpliva teh pogojev. Rezultati teh raziskav bodo tako predvidoma pomembno vplivali na izbiro eksperimentalne postavitve na izvedbo meritev RPES ter uporabo metode CHC v prihodnosti. Med drugim uporabljena spektroskopska metoda zaradi svoje atomske selektivnosti omogoča tudi določitev poti in smeri hitrega prenosa naboja v raziskanih molekulskih sistemih na substratih kot so grafen in grafenski nanotrakovi. Še več, omogočen je tudi vpogled v prenos naboja s substratov na adsorbirane molekulske filme, kar skupaj z ustreznim modelom dinamike nosilcev naboja dovoljuje razlago temeljnih fizikalnih procesov na nano-skali. Tako smo kot prvi razvili model za kvantitativno opredelitev dinamičnega prenosa naboja s substrata na molekulo. Poleg novih eksperimentalnih dognanj s širšega področja fizike površin, smo v sodelovanju s skupino teoretikov razvili nove teoretične ter numerične modele, ki so še dodatno razsvetlili opažene procese na kvantnem nivoju. Raziskava je tako prispevala k več novim znanstvenim vpogledom v ustroj in fizikalne procese na nanoskali, ključnih pri razvoju tako novih nanoelektronskih naprav, kakor tudi drugih področij, kot so elektrokemija, farmacija ter biotehnologija predvsem v luči razumevanja vpliva jakosti medmolekulskih sklopitev na dinamiko nosilcev naboja.
Pomen za razvoj Slovenije
Prispevek projekta k razvoju Slovenije je določitev pomembnih kandidatov organskih molekul za uporabo v razvoju novih, naprednih nano-elektronskih komponent, kot so na primer fotovoltaične celice ter drugi aktivni elektronski elementi, v razumevanju procesov prenosa in transporta naboja v elektro-kemiji ter delovanju kompleksnih organskih sistemov v farmacevtske namene in biotehnologiji. S tem bi spoznanja pridobljena tekom projekta lahko pomembno prispevala k nadaljnemu razvoju različnih gospodarskih panog v Sloveniji kot so farmacevtska, kemijska ter fotovoltaična industrija. Projekt bo omogočil vpogled v temeljno razumevanje kvantnih procesov na nanoskali ter s tem ponudil tehnično in razvojno usmerjenim podjetjem orodje in znanje za optimizacijo/izboljšanje in s tem višjo dodano vrednost njihovih produktov ter proizvodnih procesov, kar je ključnega pomena za uspeh na mednarodnem trgu. Še več, z razvojem nanoelektronskih naprav temelječih na organskih molekulah se pričakujejo nižji proizvodni stroški, manjše obremenitve za okolje ter odprtje možnosti za nastanek novih podjetij in s tem novih zaposlitev predvsem visoko izobraženega kadra. Poleg tega je zaradi nadaljevanja ter poglobitve obstoječega mednarodnega sodelovanja z uglednimi raziskovalnimi skupinami iz ZDA ter Evrope projekt pomembno vplival ne samo na vključevanje slovenskih znanstvenikov ter Oddelka za fiziko Fakultete za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani v mednarodno sodelovanje ter delitev dela na najvišjem nivoju, temveč tudi na prepoznavnost Slovenije ter promocijo dosežkov slovenskih znanstvenikov s področja fizike površin. V okviru projekta je bil omogočen dostop ter prenos tujih znanj v slovenski raziskovalni prostor, kakor tudi mreženje slovenskih znanstvenikov z odličnimi tujimi raziskovalci, kar je dandanes izjemnega pomena v moderni znanosti. Še več, zaradi dostopa do najnaprednejših eksperimentalnih metod ter naprav (neobstoječih v Sloveniji) na sinhrotronu Elettra v Italiji in sinhrotronu SLS v Švici, bo možna tudi promocija raziskav fizike površin med študenti Oddelka za fiziko Univerze v Ljubljani v okviru diplomskih/magistrskih/doktorskih nalog ter s tem vzgoja novih kadrov v Sloveniji na pomembnem razvijajočem se področju nanotehnologij.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2015,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2015,
zaključno poročilo
