Nowa odmiana tlenku żelaza: obliczenia ab initio i pomiary synchrotronowe

Podobne dokumenty
Rezonansowe jądrowego rozpraszanie promieniowania synchrotronowego czyli: Druga młodość efektu Mössbauera

Symulacje komputerowe jako nowa perspektywa w badaniach materii skondensowanej

Powierzchnie cienkie warstwy nanostruktury. Józef Korecki, C1, II p., pok. 207

Mody sprzęŝone plazmon-fonon w silnych polach magnetycznych

Wpływ defektów punktowych i liniowych na własności węglika krzemu SiC

Mody sprzężone plazmon-fonon w silnych polach magnetycznych

Oddział Fizyki Materii Skondensowanej w latach

Mody sprzęŝone plazmon-fonon w silnych polach magnetycznych

Autoreferat. Małgorzata Sternik. Załącznik nr 2 do wniosku o wszczęcie postępowania habilitacyjnego

PO CO FONONOM SYNCHROTRON?

Prezentacja aparatury zakupionej przez IKiFP. Mikroskopy LEEM i PEEM

Układy cienkowarstwowe o prostopadłej anizotropii magnetycznej sterowalnej polem elektrycznym

Termodynamika i właściwości fizyczne stopów - zastosowanie w przemyśle

Metody pomiarowe spinowego efektu Halla w nanourządzeniach elektroniki spinowej

Wykład 12 V = 4 km/s E 0 =.08 e V e = = 1 Å

Samoorganizujące się nanokompozyty na bazie metali przejściowych w GaN i ZnO

Badania wybranych nanostruktur SnO 2 w aspekcie zastosowań sensorowych

Struktura magnetyczna tlenku manganu β-mno 2

Charakteryzacja właściwości elektronowych i optycznych struktur AlGaN GaN Dagmara Pundyk

Marcin Sikora. Temat 1: Obserwacja procesów przemagnesowania w tlenkowych nanostrukturach spintronicznych przy użyciu metod synchrotronowych

Badanie uporządkowania magnetycznego w ultracienkich warstwach kobaltu w pobliżu reorientacji spinowej.

NATURALNY REAKTOR JĄDROWY

Uporzadkowanie magnetyczne w niskowymiarowym magnetyku molekularnym

Właściwości defektów punktowych w stopach Fe-Cr-Ni z pierwszych zasad

BADANIA WARSTW FE NANOSZONYCH Z ELEKTROLITU NA BAZIE ACETONU

S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej Dyfrakcja na kryształach. Dyfrakcja na kryształach

Nadprzewodnictwo w nanostrukturach metalicznych Paweł Wójcik Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej, AGH

Elementy teorii powierzchni metali

Załącznik 2 do wniosku dr Niki Spiridis o przeprowadzenie postępowania habilitacyjnego. Autoreferat. kwiecień 2012, Kraków


Fizyka powierzchni. Dr Piotr Sitarek. Katedra Fizyki Doświadczalnej, Wydział Podstawowych Problemów Techniki, Politechnika Wrocławska

Temat 3. BADANIA FAZY SKONDENSOWANEJ MATERII

Podstawy fizyki subatomowej. 3 kwietnia 2019 r.

Nanostruktury i nanotechnologie

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Spektroskopia charakterystycznych strat energii elektronów EELS (Electron Energy-Loss Spectroscopy)

Technologie plazmowe. Paweł Strzyżewski. Instytut Problemów Jądrowych im. Andrzeja Sołtana Zakład PV Fizyki i Technologii Plazmy Otwock-Świerk

Struktura elektronowa σ-kompleksu benzenu z centrum aktywnym Fe IV O cytochromu P450

Elektron w fizyce. dr Paweł Możejko Katedra Fizyki Atomowej i Luminescencji Wydział Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej Politechnika Gdańska

dr Rafał Szukiewicz WROCŁAWSKIE CENTRUM BADAŃ EIT+ WYDZIAŁ FIZYKI I ASTRONOMI UWr

Pierwsza eksperymentalna obserwacja procesu wzbudzenia jądra atomowego poprzez wychwyt elektronu do powłoki elektronowej atomu.

Spektroskopia mionów w badaniach wybranych materiałów magnetycznych. Piotr M. Zieliński NZ35 IFJ PAN

Oddziaływanie grafenu z metalami

Modelowanie molekularne

Badanie Gigantycznego Rezonansu Dipolowego wzbudzanego w zderzeniach ciężkich jonów.

Szkła. Forma i odlewy ze szkła kwarcowego wykonane w starożytnym Egipcie (około roku 2500 p.n.e.)

Wykład FIZYKA II. 3. Magnetostatyka. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

SPM Scanning Probe Microscopy Mikroskopia skanującej sondy STM Scanning Tunneling Microscopy Skaningowa mikroskopia tunelowa AFM Atomic Force

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Temat 3. BADANIA FAZY SKONDENSOWANEJ MATERII

Efektywne symulacje mikromagnetyczne układów magnonicznych przy wykorzystaniu GPGPU.

Artur Błachowski, Krzysztof Ruebenbauer. Spektroskopia mössbauerowska na Akademii Pedagogicznej w Krakowie

WYKŁADY MONOGRAFICZNE DLA STUDENTÓW I SŁUCHACZY STUDIÓW DOKTORANCKICH

Promieniowanie X. Jak powstaje promieniowanie rentgenowskie Budowa lampy rentgenowskiej Widmo ciągłe i charakterystyczne promieniowania X

Oddział Fizyki Materii Skondensowanej. Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk

Reakcje jądrowe. Podstawy fizyki jądrowej - B.Kamys 1

Fizyka powierzchni. Dr Piotr Sitarek. Katedra Fizyki Doświadczalnej, Wydział Podstawowych Problemów Techniki, Politechnika Wrocławska

Zakład Fizyki Powierzchni i Nanostruktur Instytut Fizyki. Prof. dr hab. Mieczysław Jałochowski Lublin, 07 września 2014 r.

Podstawy informatyki kwantowej

Własności optyczne półprzewodników

S.A RAPORT ROCZNY Za 2013 rok

Dyslokacje w kryształach. ach. Keshra Sangwal Zakład Fizyki Stosowanej, Instytut Fizyki Politechnika Lubelska

Fizyka Fizyka eksperymentalna cząstek cząstek (hadronów w i i leptonów) Eksperymentalne badanie badanie koherencji koherencji kwantowej

Dyslokacje w kryształach. ach. Keshra Sangwal, Politechnika Lubelska. Literatura

2008/2009. Seweryn Kowalski IVp IF pok.424

Maciej Czapkiewicz Katedra Elektroniki, WIEiT, AGH

Frustracja i współzawodnictwo oddziaływań magnetycznych w związkach międzymetalicznych ziem rzadkich. Ł. Gondek

Wady ostrza. Ponieważ ostrze ma duży promień niektóre elementy ukształtowania powierzchni nie są rejestrowane (fioletowy element)

Badania własności optycznych grafenu

Czy warto jeszcze badad efekt magnetokaloryczny? O nowym kierunku prac nad magnetycznym chłodzeniem

Zastosowanie metody PAC w badaniach materiałowych

Modelowanie molekularne

I. PROMIENIOWANIE CIEPLNE

Atom wodoru w mechanice kwantowej. Równanie Schrödingera

Fizyka silnie skorelowanych elektronów na przykładzie międzymetalicznych związków ceru

Optyka falowa. Optyka falowa zajmuje się opisem zjawisk wynikających z falowej natury światła

Jądra o wysokich energiach wzbudzenia

Relacje pomiędzy strukturą, symetrią i widmem energetycznym kryształów w ramach koncepcji elementarnych pasm energetycznych

InTechFun. Innowacyjne technologie wielofunkcyjnych materiałów i struktur dla nanoelektroniki, fotoniki, spintroniki i technik sensorowych

Informatyka kwantowa i jej fizyczne podstawy Rezonans spinowy, bramki dwu-kubitowe

I.4 Promieniowanie rentgenowskie. Efekt Comptona. Otrzymywanie promieniowania X Pochłanianie X przez materię Efekt Comptona

S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej Fonony. Fonony

Zakład Eksperymentu ATLAS (NZ14)

Spektroskopia. mössbauerowska

Fizyka powierzchni. Dr Piotr Sitarek. Katedra Fizyki Doświadczalnej, Wydział Podstawowych Problemów Techniki, Politechnika Wrocławska

Neutronowe przekroje czynne dla reaktorów IV generacji badania przy urządzeniu n_tof w CERN

Kropki samorosnące. Optyka nanostruktur. Gęstość stanów. Kropki fluktuacje szerokości. Sebastian Maćkowski. InAs/GaAs QDs. Si/Ge QDs.

Fluorescencyjna detekcja śladów cząstek jądrowych przy użyciu kryształów fluorku litu

Struktura i właściwości magnetyczne układów warstwowych metal/izolator

PLAN STUDIÓW - STUDIA STACJONARNE I STOPNIA kierunek: mechanika i budowa maszyn

Synteza grafenu za pomocą grafityzacji węglika krzemu w strumieniu atomów krzemu

FOTOEMISYJNE BADANIA GADOLINU OSADZONEGO NA CZYSTEJ POWIERZCHNI PbGdTe

INSTYTUT FIZYKI WYDZIAŁ INŻYNIERII PROCESOWEJ, MATERIAŁOWEJ I FIZYKI STOSOWANEJ POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA ĆWICZENIE NR MR-6

Techniki próżniowe (ex situ)

Kontakt. Badania naukowe:

Badania powierzchni kryształów i struktur epitaksjalnych. Bogdan J. Kowalski IF PAN

Recenzja. (podstawa opracowania: pismo Dziekana WIPiTM: R-WIPiTM-249/2014 z dnia 15 maja 2014 r.)

PLAN STUDIÓW - STUDIA NIESTACJONARNE I STOPNIA kierunek: mechanika i budowa maszyn

Własności optyczne półprzewodników

Transkrypt:

Nowa odmiana tlenku żelaza: obliczenia ab initio i pomiary synchrotronowe Przemysław Piekarz Zakład Komputerowych Badań Materiałów Instytut Fizyki Jądrowej PAN

Ab initio (łac.) - od początku H ψ =E ψ

Ab initio (łac.) - od początku H ψ =E ψ Hartree-Fock

Ab initio (łac.) - od początku H ψ =E ψ Hartree-Fock Teoria funkcjonału gęstości (DFT) E[n ]= EK [ n]+ Eext [ n]+ EH[ n]+ Exc [n ]= min 2 2 ℏ ( + V KS ) ψi= ϵi ψi 2m

Ab initio (łac.) - od początku H ψ =E ψ Hartree-Fock Teoria funkcjonału gęstości (DFT) E[n ]= EK [ n]+ Eext [ n]+ EH[ n]+ Exc [n ]= min 2 2 ℏ ( + V KS ) ψi= ϵi ψi 2m LDA+U, SIC, DFT+DMFT

Ab initio (łac.) - od początku H ψ =E ψ Hartree-Fock Teoria funkcjonału gęstości (DFT) Metody hybrydowe E[n ]= EK [ n]+ Eext [ n]+ EH[ n]+ Exc [n ]= min 2 2 ℏ ( + V KS ) ψi= ϵi ψi 2m LDA+U, SIC, DFT+DMFT

Ab initio (łac.) - od początku H ψ =E ψ Hartree-Fock Teoria funkcjonału gęstości (DFT) Metody hybrydowe E[n ]= EK [ n]+ Eext [ n]+ EH[ n]+ Exc [n ]= min 2 2 ℏ ( + V KS ) ψi= ϵi ψi 2m FeO, Fe3O4 LDA+U, SIC, DFT+DMFT

Tlenek żelaza

Tlenek żelaza Wustyt Fe1-xO (Fe2+)

Tlenek żelaza Wustyt Fe1-xO (Fe2+) Magnetyt Fe3O4 (Fe2+ Fe3+)

Tlenek żelaza Wustyt Fe1-xO (Fe2+) Magnetyt Fe3O4 (Fe2+ Fe3+) Hematyt Fe2O3 (Fe3+)

Wustyt Fe1-xO x = 0.05-0.15

Wustyt T > TN =198 K Fm-3m

Wustyt T < TN =198 K R-3m

Struktura elektronowa Fe1-xO spin up 64 atomy 32 Fe + 32 O x=0 spin down 63 atomy 1 VFe 2Fe3+ 31 Fe + 32 O x ~ 3% 62 atomy 2 VFe 4Fe3+ 30 Fe + 32 O x ~ 6%

Fononowe relacje dyspersji (direct method) K. Parlinski, Z. Q. Li, and Y. Kawazoe, Phys. Rev. Lett. 78, 4063 (1997) Program PHONON (K. Parlinski) x=0 Fm-3m, 2 wych., 6 gałęzi Nieelastyczne rozpraszanie neutronów Fe0.93O G. Kugel et al., Phys. Rev. B 16, 378 (1977)

Fononowe relacje dyspersji (direct method) K. Parlinski, Z. Q. Li, and Y. Kawazoe, Phys. Rev. Lett. 78, 4063 (1997) Program PHONON (K. Parlinski) x=0 Fm-3m, 2 wych., 6 gałęzi x=3% P1, 378 wych., 189 gałęzi Nieelastyczne rozpraszanie neutronów Fe0.93O G. Kugel et al., Phys. Rev. B 16, 378 (1977)

Fononowe relacje dyspersji (direct method) K. Parlinski, Z. Q. Li, and Y. Kawazoe, Phys. Rev. Lett. 78, 4063 (1997) Program PHONON (K. Parlinski) x=0 Fm-3m, 2 wych., 6 gałęzi x=3% P1, 378 wych., 189 gałęzi Nieelastyczne rozpraszanie neutronów Fe0.93O G. Kugel et al., Phys. Rev. B 16, 378 (1977)

Fononowa gęstość stanów Znaczne poszerzenie gęstości stanów Fe => bardzo dobra zgodność z pomiarami nieelastycznego rozpraszania jądrowego w Fe0.95O V. V. Struzhkin et al., PRL 87, 255501 (2001) U. D. Wdowik, P. Piekarz, K. Parlinski, A. M. Oleś, J. Korecki, Phys. Rev. B 87, 121106 (2013) U. D. Wdowik, P. Piekarz, P. T. Jochym, K. Parlinski, A. M. Oleś, Phys. Rev. B 91, 195111 (2015)

Rezonansowe rozpraszanie jądrowe 57 Fe E = 14.413 kev nuclear forward scattering

Rezonansowe rozpraszanie jądrowe 57 Fe E = 14.413 kev nuclear forward scattering

Rezonansowe rozpraszanie jądrowe 57 Fe E = 14.413 kev nuclear forward scattering internal conversion fluorescence nuclear inelastic scattering

Rezonansowe rozpraszanie jądrowe 57 Fe E = 14.413 kev nuclear forward scattering internal conversion fluorescence M. Seto et al., Phys. Rev. Lett. 74, 3828 (1995) W. Sturhahn et al., Phys. Rev. Lett. 74, 3832 (1995) nuclear inelastic scattering

DYNASYNC (2004-2007) Dynamics in Nano-scale Materials Studied with Synchrotron Radiation

DYNASYNC (2004-2007) Dynamics in Nano-scale Materials Studied with Synchrotron Radiation Przygotowanie nanostruktur IKiFP Kraków KU Leuven Univ. Wien KFKI Budapest Rezonansowe rozpraszanie jądrowe ESRF HASYLAB Teoria IFJ Kraków

European Synchrotron Radiation Facility (ESRF)

ID18 - Nuclear Resonance Beamline - ESRF de 1 mev 7 = 10 E 14 kev h Unikalna aparatura umożliwiająca pomiar rezonansowego rozpraszania jądrowego w warunkach ultra-wysokiej próżni (UHV) powstała w ramach projektu DYNASYNC S. Stankov, R. Rüffer, M. Sladecek, M. Rennhofer, B. Sepiol, G. Vogl, N. Spiridis, T. Slęzak, and J. Korecki, Rev. Sci. Instrum. 79, 045108 (2008)

Nanostruktury Fe57/Fe56 Fe(110) surface Fe/W(110) thin film 57 Fe 56 Fe 57 Fe 56 Fe 57 Fe W T. Ślęzak, J. Łażewski, S. Stankov, K. Parlinski, R. Reitinger, M. Rennhofer, R. Rüffer, B. Sepiol, M. Ślęzak, N. Spiridis, M. Zając, A.I. Chumakov, and J. Korecki, Phonons at the Fe(110) Surface, Phys. Rev. Lett. 99, 066103 (2007) S. Stankov, R. Rohlsberger, T. Ślęzak, M. Sladecek, B. Sepiol, G. Vogl, A.I. Chumakov, R. Rüffer, N. Spiridis, J. Łażewski, K. Parlinski, and J. Korecki, Phonons in Iron: From the Bulk to an Epitaxial Monolayer, Phys. Rev. Lett. 99, 185501 (2007)

Cienkie warstwy FeO/Pt(111) Tlenki metali przejściowych wykorzystywane są w pamięciach magnetycznych, ferroelektrykach, katalizie, spintronice,... FeO(111) powierzchnia polarna: rekonstrukcja powierzchni, metalizacja Pt-FeO duże niedopasowanie sieci (11%) - struktura moiré (~ 26 Å) Struktura silnie zależy od warunków wytwarzania i grubości warstwy (ML) FeO(111) stabilny do 2 ML Fe3O4(111) stabilny powyżej 2 ML Nowa metoda opracowana w Instytucie Katalizy i Fizykochemii Powierzchni PAN: utlenianie warstw Fe do 16 monowarstw (4nm) N. Spiridis et al. PRB 85, 075436 (2012)

Cienkie warstwy FeO/Pt(111) LEED STM

Rezonansowe rozpraszanie jądrowe FeO/Pt(111) NIS NFS

Rezonansowe rozpraszanie jądrowe FeO/Pt(111) NIS NFS Uporządkowanie ferromagnetyczne i poszerzenie pików fononowych dla 6-10 ML

Fonony w warstwie FeO/Pt(111) Gęstość stanów fononowych FeO/Pt bardzo różni się od widma wustytu

Fonony w warstwie FeO/Pt(111) Gęstość stanów fononowych FeO/Pt bardzo różni się od widma wustytu Odchylenie od zależności g(e) ~ E2 typowej dla układów 3D

Fonony w warstwie FeO/Pt(111) Gęstość stanów fononowych FeO/Pt bardzo różni się od widma wustytu Odchylenie od zależności g(e) ~ E2 typowej dla układów 3D

Fonony w warstwie FeO/Pt(111) g(e) ~ En n=d-1 log (g(e)) ~ n log (E)

Struktura Moiré L. Giordano, C. Pacchioni, J. Goniakowski, N. Nilius, E. D. L. Rienks, H.-J. Freund, Phys. Rev. B 76, 075416 (2007) hcp fcc top

Obliczenia FeO/Pt Vienna Ab-initio Simulation Package (VASP) Projector augmented-wave (PAW) Generalized gradient approximation (GGA) Supercell Cm(Cs3): 112 atoms: 80 Pt (5 layers) + 16 FeO GGA+U U(3d) = 4 ev J(3d) = 1 ev k-points 2x2x1 Ecut = 520 ev Fmax < 10-4 ev/a 3 nm O-Fe = 0.72 A Fe-Pt1 = 2.11 A Pt1-Pt2 = 2.19 A Pt2-Pt3 = 2.10 A 1.2 nm Pt3-Pt4 = 2.03 A Pt4-Pt5 = 2.07 A 1.2 nm 1.06 nm

Fononowa gęstość stanów Fe fcc top

Podsumowanie FeO/Pt(111) Dynamika sieci i własności magnetyczne cienkich warstw FeO znacznie różnią się od tych w znanych formach tlenku żelaza Zaobserwowano przejście od układu 2D to 3D Wyliczone widmo dla monowartswy FeO/Pt(111) bardzo dobrze zgadza się z pomiarami Teoria przewiduje anizotropię drgań w płaszczyźnie x-y i występowanie wysokoenergetycznych modów w zakresie 45-80 mev Wyznaczone własności strukturalne, dynamiczne i elektronowe cienkich warstw FeO/Pt(111) wskazują na istnienie nowej fazy tlenku żelaza N. Spiridis, M. Zając, P. Piekarz, A.I. Chumakov, K. Freindl, J. Goniakowski, A. KoziołRachwał, K. Parliński, M. Ślęzak, T. Ślęzak, U.D. Wdowik, D. Wilgocka-Ślęzak, J. Korecki, Phys. Rev. Lett. 115, 186102 (2015) http://press.ifj.edu.pl/news/2015/11/ EurekAlert!: [http://www.eurekalert.org/pub_releases/2015-11/thni-dti112515.php] Świat Nauki (Scientific American) luty 2016

Współpraca K. Parlinski, J. Łażewski, P. T. Jochym, M. Sternik Instytut Fizyki Jądrowej PAN, Kraków U. D. Wdowik Uniwersytet Pedagogiczny, Kraków A. M. Oleś Uniwersytet Jagielloński, Kraków Max Planck Institute, Stuttgart J. Korecki, N. Spiridis, K. Freindl, T. Ślęzak Instytut Katalizy i Fizykochemii Powierzchni PAN, Kraków J. Goniakowski Institute of Nanosciences, Paris A. Chumakov, R. Ruffer ESRF, Grenoble Project supported by National Science Center grants 2011/01/M/ST3/00738 and 2012/04/A/ST3/00331