Szerkezetkutató Laboratórium

Csoportvezető: Faigel Gyula

Csoport weboldala: wigner.hu/szerkezetkutato-laboratorium

A Szerkezetkutató Laboratórium tevékenysége három területre összpontosul:

1. A modern szilárdtestkutatás legújabb trendjeibe illeszkedő új anyagok szintetizálása, tulajdonságainak vizsgálata és megértése az atomi szintről kiindulva.
2. Az atomi szerkezet vizsgálatára alkalmas új módszerek, kiértékelési eljárások kifejlesztése.
3. Megszilárdulási folyamatok során kialakuló komplex mintázatok számítógépes modellezése.

Csoportunk röntgen szabadelektronoknál végzett kutatásai során várható két ponton nagy horderejű kísérleti eredmény:

1. Egyetlen röntgenimpulzus segítségével való szerkezet meghatározás. Ennek alapja a Kossel vonal rendszer mérése egyetlen ~50 fs-os röntgenimpulzus ideje alatt. Lehetővé tenné extrém körülmények között csak rövid ideig kialakuló fázisok azonosítását, nem pontosan ismételhető kísérletekben létrejövő új szerkezetek meghatározását.
2. Dicke szuperradiancia kísérleti kimutatása a keményröntgen tartományban szabadelektron lézerek felhasználásával. Ez egy nagy kockázatú kísérlet saját ötlet alapján, a világon még nem végeztek hasonlót. Ez mind elméleti mind kísérleti szempontból áttörés lenne.
    

Röntgen laboratórium

A röntgen laboratórium elsődleges kutatási iránya, a szilárd anyagok atomi szerkezetének felderítése. Ehhez különböző méréstechnikákat használunk, a minta formájától és a meghatározandó paraméterektől függően. A minta formája szerint beszélünk egykristály, por (vagy polikristály) és vékonyréteg mintákról.

Az egykristály mintákat (kis krisztallit formájában, karakterisztikus méret ~0.1 mm) un. egykristálydiffrakciós technikával vizsgáljuk. Ez lehetővé teszi ismeretlen minta pontos atomi szerkezetének meghatározását. Lehetőség van hőmérsékletfüggő mérésekre is a 25-300 K-es tartományban.

A porminták (vagyis a sok kis kristályszemcséből álló porok, az egyes szemcsék mérete 1 mikron alatti) mérésére pordiffrakciót alkalmazunk. A méréshez 1 mg fölötti anyagmennyiség szükséges és itt is lehetőség van hőmérsékletfüggő mérésekre a 100-1000 K-es tartományban. Pordiffrakció esetében a mintában jelenlévő ismert fázisok azonosítására, esetleg mennyiségére kaphatunk felvilágosítást.

A harmadik csoportba tartozó vékonyrétegek, nagy, sima, sík felületű hordozóra felvitt rétegek vagy rétegszerkezetek lehetnek. A tipikus vizsgálható rétegvastagság az 5-100 nm tartományba esik. Meghatározható a teljes rétegvastagság, - periodikus rendszer esetén - a periodicitás, ill. a felület és/vagy rétegek érdessége.

NiO röntgen holografikus mérése. A bal felső ábrán a Kossel vonalak és a hologram együttesen látható. Mivel a holografikus oszcillációk sokkal kisebb amplitúdójúak, a képet a Kossel vonalak dominálják. A hologramot az előbbi kép alul áteresztő szűrön való transzformálásával kaphatjuk meg (job felső ábra). A rekonstrukció eredményeképpen megkapjuk a Ni atomokat körülvevő atomok 3D elrendeződését (alsó ábrák). Kattintson a képre, ha nagyobban is meg kívánja nézni (290kB)

A fentieken túl foglalkozunk speciális új szerkezetvizsgáló módszerek kifejlesztésével. Az utóbbi években kidolgoztuk a nukleáris rezonanciaszóráson alapuló pordiffrakciós technikát, és az atomi felbontású röntgen holográfiát. Az elsőként említett mérési típus alkalmas Mössbauer magokat tartalmazó polikristályokban a belső hiperfinom terek és a kristályrács kölcsönös viszonyának felderítésére. A röntgen holográfia segítségével pedig egy kiválasztott elem körüli közeli atomi rend háromdimenziós képe határozható meg. Modellszámolásokat végzünk a közeljövőben induló szabadelektron-lézerek segítségével történő atomklaszterek, egyedi biológiai molekulák atomi szerkezetének meghatározásával kapcsolatban. Ezen belül a részecskék sugárkárosodását, illetve a diffrakciós képek osztályozását tanulmányozzuk. E  módszerek még nem terjedtek el széles körben, biztonságos alkalmazásukhoz még további elméleti és kísérleti munka szükséges.

Fontosabb kutatási témák: Fullerének szerkezetvizsgálata, nukleáris szórás, röntgen holográfia.

VEKOP pályázat:

E projekt keretében két olyan eszközt szerzünk be, amelyek segítségével a világ élvonalába tartozó anyagszerkezeti kutatásokat tudunk végezni. Az egyik eszköz egy kisenergiás elektronmikroszkóp, amely gyors anyagminősítést tesz lehetővé a nanométeres skálán. A másik egy 2 dimenziós helyzetérzékeny röntgen detektor, amely a finomabb angström méretskálán való röntgensugárzással végzett szerkezetvizsgálatokat segíti.

VEKOP pályázat kommunikációs oldal

További információ:

Faigel Gyula, E-mail: faigel.gyula@wigner.mta.hu

Fázisátalakulások elmélete

Kísérleti munkáinkhoz kapcsolódóan elméleti modelleket fejlesztünk ki egyes elsőrendű fázisátalakulások leírására, többek közt a gőzök kondenzációjára, egy- és többalkotós olvadékokban történő kristálycsíra képződésre, az üvegekben zajló csíraképződés kinetikájára, ötvözetekben történő többrészecskés megszilárdulásra, valamint az anizotróp rendszerekben megfigyelhető átalakulási kinetikára. Ezen vizsgálatokban Monte Carlo és molekula dinamikai szimulációkra, a kontinuum (Cahn-Hilliard-, sűrűség funkcionál- és fázismező-) elméletekre, valamint a diszkrét molekuláris leírásra (fürt dinamika) támaszkodunk.

A kémiai összetétel, a fázismező, és a krisztallográfiai orientáció fázismező modell keretében számított eloszlása a Cu-Ni ötvözet többrészecskés dendrites megszilárdulása esetén.Kattintson a képre, ha látni kívánja az animációt (nagy file-ok!)

További információ:

Gránásy László , E-mail: granasy.laszlo@wigner.mta.hu

A csoport weboldala: http://phasefield.hu

Szén nanoszerkezetek spektroszkópiája

A szén nanoszerkezetek vizsgálata a legaktuálisabb témák közé tartozott az elmúlt években. Laboratóriumunkban  fulleréneket, szén nanocsöveket, grafént és önszerveződő rendszereket tanulmányozunk különféle optikai spektroszkópiai technikákkal, melyek felölelik a távoli infravöröstől az ultraibolyáig terjedő spektrumtartományt.

 A fullerének magas szimmetriájú molekulák, kismértékű torzításuk jelentősen megváltoztatja spektroszkópiai tulajdonságaikat. A Jahn-Teller-effektus egy ilyen lehetséges torzító hatás. A fullerénalapú szilárdtestekben a Jahn-Teller-effektus erős elektronkorrelációval együtt jelenik meg és eredményez nem-konvencionális jelenségeket, mint például Mott-Jahn-Teller-szigetelő fázis, vagy korrelált szupravezetés. A rezgési spektroszkópia egy igen érzékeny módszer ezen állapotok és a köztük történő átmenetek részleteinek tanulmányozására.

 A szén nanocsövek a szén nanoszerkezeteknek egy másik érdekes családját alkotják. A szén nanocsövek nemcsak szokatlan fizikai effektusok modellrendszereiként szolgálnak, hanem ipari alkalmazásuk is van. Csoportunk különféle átmérőeloszlású, nagy tisztaságú szén nanocső minták alapvető tulajdonságait vizsgálja, úgymint az adalékolás és a kovalens funkcionalizálás hatása a nanocső elektromos tulajdonságaira, valamint azt, hogy hogyan lehet a nanocső filmeket alkalmassá tenni az ITO-hoz hasonló átlátszó vezetőként való felhasználásra. Ezekhez a kutatásokhoz használt módszereink az optikai és a fluoreszcencia-spektroszkópia.

 A szupramolekuláris rendszerek széles skálájával foglalkozunk, a spektroszkópiai vizsgálatokon túl egyes esetekben az előállítást is mi végezzük. Ezek közé a rendszerek közé tartoznak a fullerén-kubán rotor-sztator rendszerek, a különféle anyagokkal töltött nanocsövek és a hidrogénhidas rendszerek. Rezgési spektroszkópia segítségével ezen anyagok szerkezetét és dinamikáját vizsgáljuk.

 Bővebb információért kérjük, látogassa meg honlapunkat: http://www.nanonews.hu

 Email:  kamaras.katalin@wigner.mta.hu