Tematy prac doktorskich zgłoszone przez pracowników Instytutu Fizyki Jądrowej PAN do realizacji w ramach ISD w latach 2009-2013
(1) doc. dr hab. Maria Bałanda tel. (012) 662-82-60, (012) 662-84-78 e-mail: Maria.Balanda@ifj.edu.pl Temat: Magnetyki molekularne jako materiały funkcjonalne i niskowymiarowe układy dla spintroniki. Badania w dziedzinie magnetyzmu są siłą napędową postępu badań materiałowych, elektroniki oraz diagnostyki i terapii medycznej. Rozwój technologii i nowoczesnych metod eksperymentalnych umożliwił badania własności próbek materii w skali nano-, a więc poniżej rozmiarów domen magnetycznych. Z cienkich i ultracienkich warstw metalicznych tworzone są podstawowe elementy elektroniki spinowej, natomiast nanocząstki magnetyczne w polimerowych lub węglowych otoczkach mogą służyć do magnetycznie sterowanego dostarczania leków, do terapii metodą lokalnej hypertermii lub jako czynniki kontrastowe przy obrazowaniu za pomocą rezonansu magnetycznego. Równoległym kierunkiem rozwoju badań fazy skondensowanej jest magnetyzm związków molekularnych, organicznych i metaloorganicznych. W substancjach molekularnych cząsteczki zachowują swoje indywidualne cechy, co stwarza możliwość projektowania na ich bazie materiałów o zadanych własnościach. Molekularne materiały magnetyczne, posiadające takie atrybuty jak mała gęstość, przezroczystość, słabe przewodnictwo elektryczne, oraz silną zależność własności od czynników zewnętrznych, np. światła, ciśnienia, czy obecności obcych molekuł, mogą mieć szerokie zastosowania w sensorach nowej generacji lub jako molekularne odpowiedniki elementów dla elektroniki spinowej. Z drugiej strony, odkryte niedawno nanomagnesy molekularne, postrzegane są jako alternatywne elementy pamięci magnetycznej o niewiarygodnej gęstości zapisu informacji. Magnetyzm molekularny jest młodą, intensywnie rozwijającą się dziedziną interdyscyplinarną, ważną i interesującą ze względu na bogactwo efektów i oddziaływań oraz niezwykle obiecujących własności nowych materiałów. Przedmiotem pracy będą kompleksowe badania magnetyczne i strukturalne nowych materiałów molekularnych, syntetyzowanych w Instytucie Chemii UJ. Podstawowym przyrządem badawczym będzie instrument Lake Shore służący do pomiaru magnetycznej podatności zmiennoprądowej i namagnesowania w polu stałym, z kriostatem helowym umożliwiającym badania w obszarze temperatur 4.2 K 300 K. Badania strukturalne będą prowadzone przy pomocy dyfraktometru rentgenowskiego X Pert PRO firmy Panalytical. Ważnym elementem pracy będzie badanie próbek w aspekcie ich funkcjonalności, polegającym na modyfikowaniu chemicznym materiału lub stosowaniu czynników zewnętrznych, takich jak naświetlanie, czy przykładanie zewnętrznego ciśnienia (ten punkt realizowany będzie poza IFJ PAN, w instytucie z nami współpracującym). Dla wybranych próbek przewidywane są dodatkowe badania, takie jak dyfrakcja neutronów lub pomiary rotacji i relaksacji mionowej.
(2,3) doc. dr hab. Krzysztof Drozdowicz tel. (012) 662-83-33, (012) 662-83-46 e-mail: Krzysztof.Drozdowicz@ifj.edu.pl Temat 1: Diagnostyka pierwotnego pola neutronowego generowanego przez plazmę wysokotemperaturową na podstawie detekcji opóźnionych neutronów z rozszczepień. Temat 2: Określenie charakterystyk emisji neutronów z plazmy o parametrach termojądrowych metodą aktywacyjną. Celem badań w dziedzinie syntezy jądrowej, prowadzonych przez kraje UE, jest budowa prototypowego reaktora dla elektrowni plazmowej. W tym celu rozpoczęto budowę eksperymentalnego reaktora (ITER), który będzie prekursorem elektrowni zasilanej energią syntezy termojądrowej. Budowa reaktora, w którym zachodzi reakcja fuzji termojądrowej jest sama w sobie ogromnym wyzwaniem technologicznym. Do jego budowy potrzebne są nowe materiały o wyjątkowych właściwościach pozwalających na zastosowanie ich w ekstremalnych warunkach panujących w urządzeniach, w których wytwarzana jest plazma wysokotemperaturowa. Technologiczne wykorzystanie takich materiałów wymaga ich uprzedniego testowania w obecności silnych pól laserowych i neutronowych. Badania nad nowymi materiałami, odpornymi termicznie i radiacyjnie, które będą stosowane do budowy przyszłościowych reaktorów IFJ PAN prowadzić będzie we współpracy z Laboratorium Rozwoju Technologii Materiałowych dla Energetyki Termojądrowej, aktualnie powstającym w Instytucie Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy w Warszawie. Działaniom tym towarzyszą prace badawcze w dziedzinie fizyki plazmy oraz opracowywanie metod pomiarowych rozwijanych dla potrzeb określania właściwości plazmy wysokotemperaturowej. Również dla celów detekcji cząstek towarzyszących reakcji syntezy poszukuje się niekonwencjonalnych materiałów. W tym aspekcie bardzo aktualnym przykładem są intensywnie rozwijane badania nad zastosowaniem diamentów jako detektorów wysokoenergetycznych cząstek alfa wewnątrz komory reaktora. Plazmę wysokotemperaturową, spełniającą warunki syntezy deuteru lub deuteru i trytu wytwarza się w urządzeniach zwanych tokamakami. Zasadniczą część tokamaka stanowi komora próżniowa w kształcie torusa, wypełniona zjonizowanym gazem deuterowym lub deuterowo-trytowym. Produktami reakcji syntezy są cząstki alfa i neutrony. Odpowiednio ukształtowane pola magnetyczne utrzymują plazmę w postaci zwartego sznura (tzw. pinch) nie stykającego się ze ścianami urządzenia. Pomiary właściwości plazmy są największym zadaniem stojącym przed naukowcami zarówno w zakresie badań samej plazmy wysokotemperaturowej, jak i oddziaływań plazma ścianka. Wiedza na temat najważniejszych parametrów plazmy takich jak temperatura, gęstość, straty radiacyjne jest bardzo ważna dla zrozumienia zachowania plazmy z punktu widzenia niezawodności projektowanych przyszłych urządzeń. Z powodu ekstremalnych właściwości plazmy konwencjonalne metody pomiaru nie znajdują zastosowania. Diagnostyki plazmy mają
zwykle charakter innowacyjny i zawsze odnoszą się do procesów fizycznych, z których dopiero czerpie się informacje na temat interesujących parametrów. Neutrony są wyjątkowym narzędziem diagnostycznym plazmy wysokotemperaturowej. Natężenie emisji neutronów może dawać informację o postępie w osiągnięciu warunków potrzebnych do zainicjowania procesu syntezy. Reakcje syntezy deuteru i trytu charakteryzują się tym, że w każdej z nich wyzwalane są neutrony o innych energiach (2,022 MeV, 2,488 MeV, 14,029 MeV). Pomiar widma energetycznego neutronów opuszczających obszar plazmy daje informację o zachodzących reakcjach i o temperaturze plazmy. Do tego typu pomiarów wykorzystuje się detektory neutronów wypełnione BF 3 lub 3 He. Można również wykorzystywać komory jonizacyjne zawierające materiały rozszczepialne 235 U lub 238 U oraz detektory diamentowe. Stosowane są również neutronowe metody aktywacyjne. Typowe zastosowanie metody aktywacyjnej polega na naświetlaniu nieznanej próbki określonym strumieniem neutronów, a następnie na analizie widma promieniowania gamma powstałych w próbce izotopów promieniotwórczych. Na tej podstawie można określić skład analizowanej próbki. W przypadku zastosowania metody aktywacyjnej do wyznaczenia natężenia i energii neutronów realizowane jest zadanie odwrotne. Próbkę (która staje się detektorem neutronów) o dokładnie dobranym i znanym składzie izotopowym umieszcza się w strumieniu neutronów, którego parametry chcemy zmierzyć. Analiza promieniowania gamma naświetlonej, znanej próbki pozwala wyznaczyć parametry strumienia neutronów. Próbką może być również materiał rozszczepialny naświetlony w strumieniu neutronów staje się źródłem tzw. neutronów opóźnionych. Szczegółowa diagnostyka plazmy wysokotemperaturowej wymaga doboru odpowiednich materiałów, które służą jako tarcze (folie) do naświetlania, dokładnego określenia własności tych materiałów oraz ich reakcji na promieniowanie, a także opracowania systemu transportu próbek z miejsca naświetlania do miejsca pomiaru.
(4) dr hab. inż. Ewa Dryzek tel. (012) 662-84-38, (012) 662-83-70 e-mail: Ewa.Dryzek@ifj.edu.pl Temat: Badania polimerów poddanych procesom degradacji za pomocą anihilacji pozytonów. Spektroskopia czasu życia pozytonów (PALS) dostarcza informacji o objętości swobodnej w polimerach na poziomie atomowym. Model objętości swobodnych stosowany w PALS wiąże czas życia o-ps (stanu związanego elektronu i pozytonu) z miedzy- i wewnątrzmolekularnymi obszarami, co pozwala wyznaczyć rozmiar tych miejsc. Mierzony czas życia pozytonu jest związany z gęstością elektronową w miejscu, w którym anihiluje. Zmiany chemiczne, temperaturowe, ciśnienia lub innych zmiennych, które oddziałują na gęstość elektronową w miejscu lokalizacji i anihilacji o-ps wpływają na jego czas życia. Czułość PALS na objętości swobodne, które niejednokrotnie determinują fizyczne, dyfuzyjne i mechaniczne własności polimerów sprawia, że metoda ta jest użytecznym narzędziem charakteryzowania tych materiałów. Informacja o objętościach swobodnych jest użyteczna przy modelowaniu takich zjawisk jak przejście szkliste, mieszanie blend polimerowych, plastyfikacja, relaksacja naprężeń, starzenie fizyczne, płynięcie pod wpływem naprężenia, przepuszczalność, dyfuzja. Ponadto PALS jest używana do badania właściwości polimerów takich jak: stopień utwardzenia, stopień krystaliczności, pękanie powierzchni, nasiąkliwość, przejścia fazowe. Przedmiotem proponowanej pracy jest przeprowadzenie badań za pomocą metod anihilacji pozytonów polimerów poddanych procesom degradacji. Przewidziane jest również zastosowanie komplementarnych metod badawczych takich jak skaningowa kalorymetria różnicowa (DSC), mikroskopia sił atomowych (AFM) i in. Badany będzie także wpływ degradacji na zachowanie się tych materiałów podczas procesu tarcia i ewentualne zmiany zachodzące w warstwie wierzchniej wykorzystując istniejącą w Pracowni Anihilacji Pozytonów aparaturę: tribometr sworzeń-tarcza i urządzenie do skanowania profilu implantacji pozytonów (DSIP). Ponieważ konieczny będzie pomiar charakterystyk anihilacyjnych w zależności od temperatury próbki w ramach pracy doktorskiej przewidywane jest przygotowanie stanowiska do pomiarów temperaturowych widm czasu życia pozytonów. Tego typu pomiary są stosowane są szeroko na świecie w badaniach polimerów. Od doktoranta, wymagane jest znajomość fizyki ciała stałego i umiejętności w pracy laboratoryjnej i warsztatowej.
(5) doc. dr hab. inż. Jerzy Dryzek tel. (012) 662-84-38, (012) 662-83-70 e-mail: Jerzy.Dryzek@ifj.edu.pl Temat: Badania własności trybologicznych czystego aluminium i jego stopów z wydzieleniami nanocząstek Sn, Bi, Pb i In. Przedmiotem proponowanego tematu pracy doktorskiej jest przeprowadzenie badań wydzieleń nanocząstek Sn, Bi, Pb i In w matrycy czystego Al jak i jego stopach AK12, AK64 AK130. Wykorzystując fakt braku rozpuszczalności wymienionych metali w osnowie Al., cząstki takie można wytwarzać np. technikami krzepnięcia zaawansowanego. Obecność takich cząstek poprawia między innymi własności trybologiczne takich stopów, które są intensywnie badane w kontekście wielorakich zastosowań stopów aluminium. W pierwszym etapie pracy przewidujemy budowę stanowiska do otrzymywania laboratoryjnych próbek takich stopów. Układ wirujących schłodzonych walców, na który następnie jest wylewany ciekły stop pozwoli otrzymywać próbki, które następnie będą charakteryzowane różnymi technikami. Wśród metod badawczych obok, tradycyjnych technik XRD, TEM, SEM, proponujemy użycie technik anihilacji pozytonów. Jest faktem, że nanocząstki w sprzyjających warunkach energetycznych mogą lokalizować pozytony. Tak jest w przypadku np. nanocząstek Cu w stalach. Anihilacja takich zlokalizowanych pozytonów jest stosunkowo łatwa do wykrycia mierząc np. poszerzenie dopplerowskie linii anihilacyjnej. Nasze zainteresowanie będzie jednak skierowane na trybologiczne własności takich stopów. Wcześniejsze badania na stopach aluminium pokazały istotny wpływ dyspersyjnych wydzieleń na zużycie i rozkład defektów w warstwie wierzchniej. Zamierzamy zastosować do tych badań technikę pomiarową DSIP (skanowanie profilu implantacji pozytonów), która pozwala śledzić rozkład defektów pod badaną powierzchnią na głębokości do ok. 200 µm w Al i jego stopach. Obok badań eksperymentalnych przewidujemy także prace teoretyczne nad problemem lokalizacji pozytonów w wymienionych nanocząstkach. Od doktoranta, wymagane jest znajomość fizyki ciała stałego lub metalurgii, umiejętności w pracy laboratoryjnej i warsztatowej.
(6) dr hab. Zbigniew Łodziana tel. (012) 662-82-67 e-mail: Zbigniew.Lodziana@ifj.edu.pl Temat: Nowe materiały do redukcji dwutlenku węgla. Wydajniejsze oraz przyjazna środowisku naturalnemu metody wytwarzania energii wymagają nowych materiałów oraz technologii. W chwili obecnej większa część energii pozyskiwana jest ze źródeł kopalnych, węglowodorów (gaz naturalny, ropa naftowa czy węgiel). Paliwa te są spalane podczas tego procesu uwalniają energie w formie ciepła. Procesowi temu towarzyszy emisja niepożądanych gazów: NO x, SO x a w szczególności CO 2. W związku z tym, iż w najbliższych latach paliwa kopalne pozostaną podstawowym źródłem energii, jednym z najważniejszych wyzwań badawczych jest znalezienie sposobu redukcji emisji takich gazów jak dwutlenek węgla. Ze względu na dużą stabilność aktywacja CO 2 wymaga dużego nakładu energii oraz adekwatnych katalizatorów. W przyrodzie to proces fotosyntezy jest odpowiedzialny za konwersje CO 2 na wodę i sacharydy. Odpowiadający mu proces technologiczny nie jest znany. Technologiczne procesy konwersji dwutlenku węgla na polimery oraz paliwa są znane, jednak nie są one opłacalne energetycznie. Tematem pracy doktorskiej jest poszukiwanie, za pomocą metod mechaniki kwantowej, materiałów (katalizatorów) które w sposób efektywny będą aktywować CO 2. Proces aktywacji CO 2 nie może być przeprowadzony przy pomocy standardowych katalizatorów, gdyż jest procesem wieloelektronowym, tzn. wymagającym transferu od jednego do ośmiu elektronów do jednej cząsteczki CO 2. Możliwą drogą osiągnięcia tego efektu to fotoelektrochemiczna metoda redukcji. Materiałami katalitycznymi, które zostały odkryte są np. ZnO lub TiO 2. Oba są izolatorami o niedużej przerwie energetycznej. Celem doktoratu jest zbadanie własności elektronowych pewnej klasy materiałów opartych o metale przejściowe, oraz pierwiastki końcowych grup tablicy Mendelejewa. Materiały te wykazują przewodność elektryczną, nie będąc metalami. Synteza nowych materiałów tej kategorii wymaga znajomości ich podstawowych, przewidywanych własności strukturalnych i elektronowych, co będzie tematem pracy. Podstawową metodą badawcza będzie modelowanie metodą teorii funkcjonału gęstości połączone z metodami fizyki statystycznej i fizyki ciała stałego. Badania będą prowadzone we współpracy z wiodącymi ośrodkami europejskimi. Od kandydata wymagana jest: - znajomość podstaw mechaniki kwantowej - znajomość podstaw fizyki ciała stałego - umiejętność obsługi i programowania komputerów. - znajomość podstaw fizyki statystycznej. - zainteresowanie zastosowaniem metod fizycznych i problemami energetycznymi/ekologicznymi. - znajomość języka angielskiego.
(7) dr hab. Zbigniew Łodziana tel. (012) 662-82-67 e-mail: Zbigniew.Lodziana@ifj.edu.pl Temat: Nowe materiały do magazynowania wodoru. Zastosowanie paliw alternatywnych obecnie używanym paliwom kopalnym, wymaga znalezienia odpowiednich źródeł i nośników energii. Jednym z najbardziej obiecujących nośników energii jest wodór (H 2 ). Intensywne prace nad zastosowaniem tego gazu do napędu urządzeń elektrycznych trwają na całym świecie. Zastosowanie wodoru w gospodarce będzie możliwe tylko przy ekonomicznej opłacalności produkcji, magazynowania i przetworzenia tego gazu na energie użyteczną. Wszystkie te procesy znane są ludzkości, jednak w chwili obecnej są one dalekie od doskonałości. Wodór jako najlżejszy pierwiastek nie daje się łatwo magazynować w małej objętości i warunkach zbliżonych do warunków naturalnych. Tematem pracy doktorskiej jest poszukiwanie nowych materiałów i procesów fizykochemicznych, które zawierają znaczne ilości wodoru, tym samym mogą stać się podstawą metody jego magazynowania. Podstawą badań będą metody mechaniki kwantowej oraz metody fizyki ciała stałego. Klasa związków chemicznych zwanych złożonymi wodorkami metali (zawierająca bor, wodór oraz pierwiastki metali lekkich) spełnia wymagania dotyczące wagowej zawartości wodoru na jednostkę masy zbiornika tego gazu, jednak własności termodynamiczne oraz kinetyczne nie pozwalają ich wykorzystać w praktyce. W szczególności proces desorpcji wodoru jest często procesem nieodwracalnym, tzn. nie da się ponownie naładować zbiornika. Zrozumienie przyczyn tego faktu wymaga wglądu w procesy transportu atomów i cząsteczek w tych związkach. Celem doktoratu będzie zbadanie procesów towarzyszących transportowi wodoru (i innych pierwiastków lekkich) na poziomie atomowym. Badania takie wymagają polaczenia obliczeń kwantowych procesów przeskoku atomów w sieci krystalicznej wraz ze statystycznym opisem transportu w skali mezoskopowej z uwzględnieniem wpływu ciśnienia parcjalnego H 2 oraz temperatury. Podstawową metoda badawcza będzie metoda teorii funkcjonału gęstości połączone z metodami fizyki statystycznej. Badania będą prowadzone we współpracy z wiodącymi ośrodkami europejskimi. Od kandydata wymagana jest: - znajomość podstaw mechaniki kwantowej - znajomość podstaw fizyki ciała stałego - umiejętność obsługi i programowania komputerów. - znajomość podstaw fizyki statystycznej. - zainteresowanie zastosowaniem metod fizycznych i problemami energetycznymi/ekologicznymi. - znajomość języka angielskiego.
(8) prof. dr hab. Maria Massalska-Arodź tel. (012) 662-84-39 e-mail: Maria.Massalska-Arodz@ifj.edu.pl Temat: Dynamika i polimorfizm fazowy wybranych ciekłych kryształów Badania układów molekularnych tworzących szkła są dziedziną, która się intensywnie rozwija w ostatnich 20 latach dając rocznie ok. 500 prac naukowych. Opiniotwórcze pismo Science umieściło ten temat pośród sześciu najważniejszych problemów badawczych współczesnej fizyki. Fundamentalnym jest nadal pytanie co warunkuje tendencje do łatwego tworzenia szkła i jaka jest w tym procesie rola różnego rodzaju nieporządku. Zadawalający opis natury szkieł powinien wyjaśnić zarówno uniwersalność zachowania bardzo różnych substancji przy zbliżaniu się do temperatury przemiany szklistej jak i kooperacyjność dynamiki molekularnej. Do tego zmierzają badania prowadzone kilkoma technikami pomiarowymi w Zakładzie Badań Strukturalnych. Próbki są substancjami ciekłokrystalicznymi z molekułami o silnym momencie dipolowym. Ciekawe jest, że tego rodzaju substancje wykazują bogaty polimorfizm fazy stałej nawet z dwoma różnymi szkłami. Planowana praca doktorska obejmowałaby studia nad ustaleniem diagramu fazowego substancji na podstawie pomiarów przeprowadzonych kilkoma metodami, tj. kalorymetryczną, spektroskopii absorpcyjnej w podczerwieni oraz obserwacji mikroskopem polaryzacyjnym. Celem pracy będzie również szczegółowy opis relaksacji strukturalnej w okolicy przejścia szklistego oraz poszukiwanie tzw. relaksacji drugorzędowych w fazie szklistej. Do badania reorientacji molekuł będzie wykorzystana technika szerokopasmowej spektroskopii dielektrycznej. Pomiary przenikalności elektrycznej będą prowadzone w funkcji temperatury i ciśnienia. W planie są również pomiary dla substancji ciekłokrystalicznej umieszczonej w porowatej matrycy w celu oceny wpływu powierzchni porów na dynamikę molekuł.
(9) doc. dr hab. Paweł Olko tel. (012) 662-81-00 e-mail: Pawel.Olko@ifj.edu.pl Temat: Zastosowanie detektorów diamentowych w diagnostyce plazmy termojądrowej. Celem badań w dziedzinie syntezy jądrowej, prowadzonych przez kraje UE, jest budowa prototypowego reaktora dla elektrowni plazmowej. W tym celu rozpoczęto budowę eksperymentalnego reaktora (ITER), który będzie prekursorem elektrowni zasilanej energią syntezy termojądrowej. Budowa reaktora, w którym zachodzi reakcja fuzji termojądrowej jest sama w sobie ogromnym wyzwaniem technologicznym. Do jego budowy potrzebne są nowe materiały o wyjątkowych właściwościach pozwalających na zastosowanie ich w ekstremalnych warunkach panujących w urządzeniach, w których wytwarzana jest plazma wysokotemperaturowa. Technologiczne wykorzystanie takich materiałów wymaga ich uprzedniego testowania w obecności silnych pól laserowych i neutronowych. Osobnym, bardzo trudnym zagadnieniem pomiarowym jest detekcja cząstek alfa towarzyszących procesowi syntezy termojądrowej. W trakcie syntezy wytwarza się gaz zjonizowanych cząstek alfa ( 4 He) obdarzonych dużą energią kinetyczną. Są one pułapkowane przez znajdujące się w komorze pole magnetyczne. Rozpędzane mogą być kierowane z powrotem do objętości sznura plazmowego, ale również opuszczają jego objętość, stając się popiołem reakcji syntezy. Pomiar energii cząstek alfa w różnych częściach reaktora tokamaka jest niezbędny i wyjątkowo trudny. Komisja Europejska uruchomiła specjalny projekt związany z metodami detekcji cząstek alfa dla potrzeb ITERa. IFJ PAN rozpoczął w tej dziedzinie prace badawcze, koncentrując się na wykorzystaniu detektorów diamentowych.
(10) doc. dr hab. Paweł Olko tel. (012) 662-81-00 e-mail: Pawel.Olko@ifj.edu.pl Temat: Opracowanie nowych materiałów luminescencyjnych dla potrzeb wysokoczułej dozymetrii promieniowania jonizującego Zastosowania promieniowania jonizującego w przemyśle, medycynie i nauce są coraz szersze. Bliskie i realne plany wybudowania elektrowni jądrowych czy realizowane lub planowane projekty uruchomienia radioterapii nowotworów z wykorzystaniem protonów lub cięższych jonów, jak również lawinowo rosnąca liczba stosowanych rentgenowskich aparatów diagnostycznych wymuszają rozwój metod dozymetrycznych. Równocześnie społeczna świadomość potencjalnych zagrożeń jakie mogą wiązać się z promieniowaniem jonizującym stymuluje poszukiwanie coraz lepszych, dokładniejszych metod pomiaru dawki i oceny narażenia radiacyjnego. Zakład Fizyki Radiacyjnej i Dozymetrii od lat zajmuje się problematyką opracowywania i wytwarzania nowych typów materiałów termoluminescencyjnych, które znajdują zastosowanie tam, gdzie pomiar dawek jest konieczny. Podstawową metodą pomiarową jest tzw. metoda termoluminescencji (TL), gdzie napromieniony luminofor kumuluje energię, która podczas wygrzewania jest oddawana w postaci światła proporcjonalnego do zaabsorbowanej dawki. Inną metodą jest optycznie stymulowana luminescencja (OSL), gdzie uwalnianie energii następuje pod wpływem światła, a nie temperatury. I tutaj możliwości są większe praca nad materiałami OSL w naszym zespole dopiero się zaczyna! Praca doktorska będzie polegała na opracowaniu nowych luminoforów, jako konkurencyjnych do standartowo wytwarzanych na bazie fluorku litu (LiF). Modyfikowanie własności nowo wytwarzanych materiałów będzie polegało na dodawaniu odpowiednich ilości aktywatorów oraz doborze optymalnych warunków ich spiekania. Celem będzie opracowanie nowych materiałów luminescencyjnych dla potrzeb wysokoczułej dozymetrii promieniowania jonizującego. Nowo wytwarzane materiały luminescencyjne badane będą w różnych polach promieniowania dostępnych w IFJ, tj. na źródłach izotopowych, aparacie terapeutycznym Theratron 760E ze źródłem Co-60 oraz wiązce protonów o energii 60MeV. Zakład Fizyki Radiacyjnej i Dozymetrii oferuje doskonałe warunki do pracy, w pełni wyposażone laboratorium chemiczne, odpowiedni sprzęt laboratoryjny, piece do anilacji, czytniki TL i OSL, zestaw źródeł promieniotwórczych. Zapewniamy opiekę merytoryczną i życzliwą atmosferę!
(11) prof. dr hab. Krzysztof Parliński, tel. (012) 662-82-09 e-mail: b8parlin@cyf-kr.edu.pl Temat: Obliczenia z pierwszych zasad własności powierzchni CaTiO 3 Ceramik CaTiO 3 jest materiałem należącym do perowskitów i uważany jest za podstawowy składnik syntetycznych skał mających unieszkodliwić i przechować odpady radioaktywne o wysokim stopniu promieniowania. Powierzchnie takich ferroelektrycznych materiałów mają zastosowanie w elektrochemii i są obiecującymi materiałami do produkcji elektrod i sensorów. Własności powierzchni są ważne dla katalizy i dla epitaksjalnego wzrostu wysokotemperaturowych nadprzewodników. Obliczenia polegałyby na zoptymalizowaniu powierzchni (001) ortorombowej struktury tego kryształu, oceny relaksacji i polaryzacji powierzchni, oraz wyliczenia fononów. Prace obliczeniowe byłyby prowadzone na klastrze komputerowym przy pomocy posiadanych i przetestowanych kodów komputerowych
(12) doc. dr hab. Marta Wolny-Marszałek tel. (012) 662-83-23 e-mail: Marta.Marszalek@ifj.edu.pl Temat: Badanie wpływu nanostrukturyzacji na własności magnetyczne i strukturę cienkich warstw stopów z prostopadłą anizotropią magnetyczną Obecnie stosowane nośniki danych cyfrowych opierają zasadę swojego działania na przemagnesowywaniu małych obszarów polikrystalicznych zapisanie bitu danych polega na zmianie wypadkowego kierunku namagnesowania pojedynczej domeny magnetycznej o kierunku namagnesowania równoległym do płaszczyzny nośnika. Podstawowym ograniczeniem obecnie stosowanej technologii jest jednak zjawisko superparamagnetyzmu, które uniemożliwia stworzenie konwencjonalnego twardego dysku o gęstości zapisu danych większej niż 500 GB/cal 2. W celu przekroczenia tej granicy, konieczne jest wprowadzenie nowej technologii bazującej na nowych materiałach. Jednym z obiecujących pomysłów jest zastosowanie cienkich warstw stopów posiadających prostopadłą do podłoża anizotropię magnetokrystaliczną, poddanych dodatkowo procesom nanostrukturyzacji. Materiał taki umożliwiałby zapis jednego bitu na pojedynczej nanostrukturze, co znacznie zwiększyłoby możliwości przechowywania danych cyfrowych. Celem pracy jest otrzymanie i charakteryzacja nowych materiałów posiadających prostopadłą do podłoża anizotropię magnetokrystaliczną i poddanych nanostrukturyzacji. Podstawowym zadaniem stawianym w pracy jest zbadanie wpływu modyfikacji powierzchni na strukturę i własności magnetyczne cienkowarstwowych stopów FePd i FePd domieszkowanych Cu lub Ag. Ponadto określony zostanie wpływ innych czynników związanych z warunkami preparatyki na wyżej wymienione własności. Przewiduje się dokonanie nanostrukturyzacji powierzchni stopów w dwojaki sposób: za pomocą nanoszenia warstw na pojedyncze sferyczne nanocząstki SiO 2 o rozmiarach pomiędzy 10 nm a 300 nm za pomocą wytwarzania na warstwach stopów regularnej sieci o submikronowych rozmiarach periodu, uzyskiwanych za pomocą interferencyjnej litografii laserowej Efektem modyfikacji cienkich warstw stopów będzie uzyskanie matrycy regularnie rozmieszczonych nanostruktur magnetycznych. Istotną cechą wytworzonego materiału będzie magnetyczna izolacja nanostruktur, co jest niezbędnym warunkiem pozwalającym na zapisanie pojedynczego bitu na jednej nanostrukturze. W ramach pracy zbadany zostanie wpływ nanostrukturyzacji podłoża oraz wielkości wytworzonych struktur powierzchniowych na podstawowe własności magnetyczne układu. Pozwoli to na określenie termicznej i magnetycznej stabilności zapisu informacji oraz dobranie parametrów układu tak, aby osiągnąć kompromis pomiędzy dużą gęstością zapisu danych oraz termiczną trwałością przechowywanych informacji. Ponadto pomiary parametrów strukturalnych oraz wpływu domieszek na tworzenie się stopów FePd pozwolą na dobranie najkorzystniejszych z ekonomicznego punktu widzenia warunków preparatyki, pozwalających osiągnąć pożądaną prostopadłą anizotropię magnetyczną. Do badania struktury układów wykorzystane zostaną: spektroskopia elektronów Auger, dyfrakcja promieniowania rentgenowskiego, zwierciadlane i niezwierciadlane rozpraszanie promieniowania X, mikroskopia sił atomowych. Pomiary własności magnetycznych przeprowadzone zostaną za pomocą magnetometru SQUID, magnetometrii wykorzystującej efekt Halla oraz mikroskopu sił atomowych. Dodatkowo planowane jest wykonanie pomiarów z użyciem promieniowania synchrotronowego w zakresie technik pomiarowych takich jak: powierzchniowo czuła spektroskopia absorpcyjna, rentgenografia strukturalna, dichroizm magnetyczny. Praca realizowana będzie we współpracy z Uniwersytetem w Chemnitz (Niemcy), gdzie wykonana zostanie część pomiarów magnetycznych oraz wstępna preparatyka podłoża z nanocząstkami SiO 2. W Chemnitz również zostanie zastosowana metoda gwałtownego grzania laserowego układów FePd w celu uzyskania prostopadłej anizotropii magnetycznej.
(13) doc. dr hab. Marta Wolny-Marszałek tel. 012 662 83 23 e-mail: Marta.Marszalek@ifj.edu.pl Temat: Opracowanie metody wytwarzania warstw diamentowych dla elektroniki przy zastosowaniu reaktora CVD Diament ze względu na odporność chemiczną pozwalającą na pracę w środowiskach agresywnych chemicznie jak również odporność mechaniczną i temperaturową jest atrakcyjnym materiałem do konstrukcji detektorów promieniowania jonizującego pracujących zarówno w trybie pracy biernym (termoluminescencyjny) jak i czynnym (elektroniczny). W ostatnich latach podjęto wiele wysiłków aby stworzyć czynny detektor diamentowy, zwłaszcza dla zastosowań medycznych (diament jest biozgodny i biokompatybilny). Dużą zaletą diamentu poza jego gęstością jest bardzo niska energia potrzebna do wytworzenia pary nośników ładunku, a także ogromna twardość, odporność na bardzo wysokie temperatury i duża przewodność cieplna. Pozwala to stworzyć bardzo efektywne detektory o niewielkich wymiarach obszaru aktywnego (kilka mm 3 ), charakteryzujące się dobrą rozdzielczością przestrzenną i odporne na warunki otoczenia. Do tej pory detektory diamentowe dla zastosowań dozymetrycznych w radioterapii produkowane były jedynie z naturalnych diamentów, jednakże tylko jeden na kilkaset naturalnych diamentów nadaje się do zastosowań detekcyjnych, co czyni je zbyt drogimi i nieużytecznymi dla szerszych zastosowań. Wynalezienie metod wytwarzania diamentu syntetycznego takich jak wysokociśnieniowa HTHP (High Temperature High Pressure) i chemiczne osadzanie par CVD (Chemical Vapour Deposition) pozwoliło na rozpowszechnienie tego materiału. Zastosowanie stosunkowo taniej metody CVD, gdzie źródłem węgla jest metan, do wytwarzania warstw diamentowych pozwala kontrolować warunki, w jakich powstaje warstwa diamentowa oraz umożliwia poprawę powtarzalności ich uzyskiwania. Celem pracy będzie opracowanie technologii wytwarzania diamentów syntetycznych metodą chemicznego osadzania par (CVD), zoptymalizowanie warunków wzrostu warstw diamentowych pod kątem uzyskania struktur o pożądanych własnościach, takich jak wielkość i orientacja kryształów, grubość i czystość warstwy. Optymalizacja wzrostu będzie polegała na doborze i przygotowaniu chemicznym substratów w postaci płytek krzemu, określeniu składu mieszanki gazów reaktywnych oraz temperatury pracy i mocy reaktora. Proponuje się badanie własności wytwarzanych warstw diamentowych za pomocą spektroskopii ramanowskiej, dyfrakcji rentgenowskiej, obserwacji powierzchni przy użyciu mikroskopu skaningowego, mikroskopu sił atomowych, badania przewodności diamentów oraz oceny jednorodności powierzchni przy pomocy termoluminescencyjnego czytnika powierzchniowego.
(14) doc. dr hab. Marta Wolny-Marszałek tel. 012 662 83 23 e-mail: Marta.Marszalek@ifj.edu.pl Temat: Struktura i własności stopów magnetycznych jako materiałów dla nośników informacji o wysokiej gęstości zapisu. Projekt ma na celu badanie nowych materiałów do wykorzystania w nowej generacji urządzeń do magnetycznego zapisu informacji. Obecnie stosowane nośniki danych cyfrowych opierają zasadę swojego działania na przemagnesowywaniu małych obszarów polikrystalicznych zapisanie bitu danych polega na zmianie wypadkowego kierunku namagnesowania pojedynczej domeny magnetycznej, przy czym kierunek namagnesowania domeny jest równoległy do płaszczyzny nośnika (talerza dysku twardego). Celem projektu jest otrzymanie i charakteryzacja nowych materiałów posiadających prostopadłą do podłoża anizotropię magnetokrystaliczną, umożliwiającą zapis danych w domenach, których namagnesowanie jest prostopadłe do powierzchni nośnika. Zastosowanie takiego rozwiązania w magnetycznych nośnikach informacji zwiększy wielokrotnie gęstość zapisu danych, co przy rosnącym zapotrzebowaniu na urządzenia magazynujące dane jest sprawą bardzo istotną. Głównym celem projektu jest badanie procesu tworzenia się cienkowarstwowych stopów FePd o anizotropii magnetycznej prostopadłej do powierzchni podłoża, nanoszonych na pojedyncze sferyczne nanocząstki SiO 2 o rozmiarach pomiędzy 10 nm a 100 nm, w zależności od warunków preparatyki stopu oraz od rozmiarów nanocząstek. Nowatorstwo projektu polega na zastąpieniu płaskiego podłoża matrycą uporządkowanych nanocząstek, co po naniesieniu na nie stopu FePd pozwoli na uzyskanie matrycy uporządkowanych nanostruktur magnetycznych o rozmiarach zdeterminowanych przez rozmiary nanocząstek, oddzielonych od siebie obszarami niemagnetycznymi. Uzyskanie prostopadłej anizotropii magnetycznej w stopie FePd możliwe jest pod warunkiem, że stop ten po naparowaniu uporządkuje się podczas wygrzewania w podwyższonej temperaturze (rzędu kilkuset stopni Celsjusza) i utworzy strukturę L1 0. W projekcie przewiduje się określenie korelacji pomiędzy stopniem uporządkowania stopu i istnieniem prostopadłej anizotropii magnetycznej. Do badania struktury układów przygotowanych metodą parowania termicznego użyte zostaną takie techniki badania powierzchni jak spektroskopia elektronów Auger, dyfrakcja i niskokątowe rozpraszanie promieniowania rentgenowskiego oraz mikroskopia sił atomowych. Informacje o procesie tworzenia się stopów (procesy rekrystalizacji i dyfuzji międzywarstwowej) uzyskiwane będą z pomiarów oporu elektrycznego badanych próbek w trakcie ich wygrzewania w próżni. Badania magnetyczne wykonane będą przy pomocy konwencjonalnej magnetometrii oraz mikroskopii sił magnetycznych. Planowane jest uzupełnienie informacji o magnetyzmie badanych układów selektywnymi pierwiastkowo pomiarami dichroizmu magnetycznego przy użyciu promieniowania synchrotronowego. Projekt realizowane będzie we współpracy z Uniwersytetem w Chemnitz (Niemcy) gdzie wykonana zostanie część pomiarów magnetycznych. W Chemnitz również zostanie zastosowana metoda gwałtownego grzania laserowego (RTA) układów FePd w celu uzyskania prostopadłej anizotropii magnetycznej. Własności tych układów porównane zostaną z własnościami układów wygrzewanych powolnie. Wynikiem realizacji projektu będzie stworzenie nowego materiału do magnetycznego zapisu informacji opartego na technologii zapisu prostopadłego, w którym bit informacji będzie zapisany w stopie FePd znajdującym się na jednej nanocząstce. Poprawi to stabilność termiczną nośnika oraz istotnie zwiększy gęstość zapisu.
(15) prof. dr hab. Urszula Woźnicka tel. (012) 662-83-36 e-mail: Urszula.Woznicka@ifj.edu.pl Temat: Plazma termojądrowa w tokamaku jako dynamiczne źródło neutronów. Plazmę wysokotemperaturową, spełniającą warunki syntezy deuteru lub deuteru i trytu wytwarza się w urządzeniach zwanych tokamakami. Zasadniczą część tokamaka stanowi komora próżniowa w kształcie torusa, wypełniona zjonizowanym gazem deuterowym lub deuterowo-trytowym. Produktami reakcji syntezy są cząstki alfa i neutrony. Odpowiednio ukształtowane pola magnetyczne utrzymują plazmę w postaci zwartego sznura (tzw. pinch) nie stykającego się ze ścianami urządzenia. Pomiary właściwości plazmy są największym zadaniem stojącym przed naukowcami zarówno w zakresie badań samej plazmy wysokotemperaturowej, jak i oddziaływań plazma ścianka. Wiedza na temat najważniejszych parametrów plazmy takich jak temperatura, gęstość, straty radiacyjne jest bardzo ważna dla zrozumienia zachowania plazmy z punktu widzenia niezawodności projektowanych przyszłych urządzeń. Z powodu ekstremalnych właściwości plazmy konwencjonalne metody pomiaru nie znajdują zastosowania. Diagnostyki plazmy mają zwykle charakter innowacyjny, tak w aspekcie wykorzystywanych technik pomiarowych, jak i używanych materiałów oraz zawsze odnoszą się do procesów fizycznych, z których dopiero czerpie się informacje na temat interesujących parametrów. Neutrony są wyjątkowym narzędziem diagnostycznym plazmy wysokotemperaturowej. Natężenie emisji neutronów może dawać informację o postępie w osiągnięciu warunków potrzebnych do zainicjowania procesu syntezy. Reakcje syntezy deuteru i trytu charakteryzują się tym, że w każdej z nich wyzwalane są neutrony o innych energiach (2,022 MeV, 2,488 MeV, 14,029 MeV). Pomiar widma energetycznego neutronów opuszczających obszar plazmy daje informację o zachodzących reakcjach i o temperaturze plazmy. Do tego typu pomiarów wykorzystuje się detektory neutronów wypełnione BF 3 lub 3 He. Można również wykorzystywać komory jonizacyjne zawierające materiały rozszczepialne 235 U lub 238 U oraz detektory diamentowe. Stosowane są również neutronowe metody aktywacyjne. Typowe zastosowanie metody aktywacyjnej polega na naświetlaniu nieznanej próbki określonym strumieniem neutronów, a następnie na analizie widma promieniowania gamma powstałych w próbce izotopów promieniotwórczych. Na tej podstawie można określić skład analizowanej próbki. W przypadku zastosowania metody aktywacyjnej do wyznaczenia natężenia i energii neutronów realizowane jest zadanie odwrotne. Próbkę (która staje się detektorem neutronów) o dokładnie dobranym i znanym składzie izotopowym umieszcza się w strumieniu neutronów, którego parametry chcemy zmierzyć. Analiza promieniowania gamma naświetlonej, znanej próbki pozwala wyznaczyć parametry strumienia neutronów. Próbką może być również materiał rozszczepialny naświetlony w strumieniu neutronów staje się źródłem tzw. neutronów opóźnionych. Szczegółowa diagnostyka plazmy wysokotemperaturowej wymaga doboru odpowiednich materiałów, które służą jako tarcze (folie) do naświetlania, dokładnego określenia własności tych materiałów oraz ich reakcji na promieniowanie, a także opracowania systemu transportu próbek z miejsca naświetlania do miejsca pomiaru.
(16) doc. dr hab. Piotr Zieliński, tel. (012) 662-82-34 e-mail: Piotr.Zielinski@ifj.edu.pl Temat: Modelowanie dynamiki objętości i powierzchni funkcjonalnych materiałów z wewnętrznymi stopniami swobody, w tym auksetyków. Badanie dynamiki materiałów w przybliżeniu harmonicznym polega na obliczaniu i/lub pomiarze energii różnego rodzaju fal sieciowych: fononów (akustycznych), magnonów (magnetycznych), fal materii (elektronów), polarytonów (połączenia pola elektromagnetycznego z ruchami elektronów) itd. Relacje dyspersji, tj. zależności energii od wektora falowego, takich fal dostarczają użytecznych informacji o badanym układzie, np. o tym jakie fale rozchodzą się tylko na powierzchni, czy materiał może stanowić przeszkodę dla pewnych fal (kryształy fotoniczne, fononiczne), czy jakieś fale można przekierować do żądanego wyjścia. Poza przybliżeniem harmonicznym konieczne jest numeryczne rozwiązywanie równań ruchu. Auksetyki są materiałami, których wymiary poprzeczne rosną, gdy się je rozciąga, co uzasadnia ich obiegowe określenie mianem "antygumy". Materiały te mają bardzo ciekawe zastosowania, np. mogą służyć do wykonywania protez tętniczych. Zespół naukowy promotora wykazał istnienie niespotykanych gdzie indziej własności fal powierzchniowych w tych materiałach. W razie zainteresowania kandydata temat może być rozszerzony na materiały ferroiczne z wewnętrznymi orientacyjnymi stopniami swobody: np. rotującymi jonami polarnymi. W tym przypadku kandydat zostanie włączony do współpracy z Wydziałem Chemii Uniwersytetu Wrocławskiego, który się specjalizuje w syntezie i hodowli kryształów takich materiałów. Praca będzie mieć charakter teoretyczno-doświadczalny, z możliwością porównania wyników teoretycznych z przykładami rzeczywistych danych doświadczalnych.