Zakład Fizyki Komputerowej i Radiospektroskopii Ferroelastyków

Tematyka badawcza realizowana w zespole koncentruje się na wykorzystaniu spektroskopii elektronowego paramagnetycznego rezonansu (EPR) do badania strukturalnych przejść fazowych w materiałach o uporządkowaniu ferroicznym oraz multiferroikach opartych na współistnieniu ferroelastyczności i ferroelektryczności. Materiał badawczy stanowią ferroelastyki z rodziny podwójnych trygonalnych molibdenianów i wolframianów AB(XO4)2, ferroelektryki i ferroelastyki z rodziny podwójnych siarczanów ABSO4 oraz rodziny ABCl4, ferrielastyki ([A(CH3)4]2 MBr4), perowskity fluorkowe typu ABF3, ceramiki typu Am+1BmO3m+3 ze strukturą Aurivilliusa, a także krystaliczne fazy polimerów i kompozytów na bazie polipropylenu.

Metoda EPR pozwala na wyjaśnienie mechanizmu obserwowanych przemian fazowych i charakteru występującego uporządkowania w poszczególnych fazach. Badania EPR są uzupełniane badaniami rentgenograficznymi oraz mikroskopią w świetle spolaryzowanym. Ta ostatnia metoda badawcza dotyczy obserwacji faz krystalicznych ferroelastyków zarówno techniką wiązki zbieżnej, jak i rozbieżnej.

W ostatnich latach do metod badawczych włączona została również technika mikroskopii sił atomowych (AFM) oraz dynamiczna analiza mechaniczna (DMA). Pierwsza metoda badawcza wykorzystywana jest do obserwacji powierzchni domen w kryształach o uporządkowaniu ferro elastycznym, druga, na podstawie mierzonej amplitudy siły i odkształcenia oraz ich przesunięcia fazowego, określa właściwości sprężyste materiałów.

Osobna tematyka dotyczy prac nad tworzeniem zaawansowanych programów komputerowych bazujących na pakiecie Mathematica, służących do analizowania widm EPR. W ostatnim okresie prace naukowe zostały poszerzone o tematykę wykorzystania metody EPR w fizyce informacji kwantowej.

Zakład prowadzi  czynną współpracę z takimi ośrodkami jak: Uniwersytet Śląski w Katowicach, Uniwersytet Pedagogiczny w Krakowie, Instytut Niskich Temperatur i Badań Strukturalnych PAN we Wrocławiu oraz zagranicznymi : Instytut Fizyki Uniwersytetu Wiedeńskiego (Austria), Uniwersytet w Nimes (Francja), Instytut Niskich Temperatur Ukraińskiej Akademii Nauk w Charkowie ( Ukraina).

Aparatura badawcza wykorzystywana w zakładzie:

Mikroskop polaryzacyjny Nikon Eclipse LV100POL służy do obserwacji struktur domenowych w materiałach ferroelastycznych i ferroelektrycznych. Wyposażenie mikroskopu w obrotowy stolik THMS600 i przystawkę temperaturową Linkam, pozwala badać temperaturowe zmiany własności związanych z ferroicznymi przejściami fazowymi- ewolucję struktury domenowej oraz dwójłomność optyczną.

Spektrometr elektronowego paramagnetycznego rezonansu (EPR) pozwala na pracę w paśmie X (9,4 GHz) w zakresie pól magnetycznych od 0-1 T w szerokim zakresie temperatur. Przedmiotem badań mogą być próbki zawierające centra paramagnetyczne , których źródłem są np. jony z grupy 3d, 4f , centra pochodzące od defektów sieci krystalicznej, np. po napromieniowaniu próbek albo po poddaniu ich obróbce termicznej , mechanicznej bądź chemicznej. Aparatura umożliwia prowadzenie badań na próbkach o różnych własnościach fizyko-chemicznych, np. diamagnetykach i paramagnetykach , dielektrykach, ferro-elektrykach i półprzewodnikach, ciałach amorficznych i krystalicznych.

Najciekawsze wyniki naukowe z ostatnich kilku lat:

  • wykorzystanie struktury subtelnej widm EPR do badania ferroików opisanych niejednorodnym parametrem uporządkowania;
  • opracowanie podejścia umożliwiającego znajdowanie wykładników krytycznych dla niewłaściwych i pseudo-właściwych ferroicznych przejść fazowych;
  • wykorzystanie metody EPR do badania struktury ferroelastycznych i antyfazowych ścianek domenowych;
  • opis deformacji struktury kryształu w oparciu o połączenie wyników badań metodą elektronowego paramagnetycznego rezonansu oraz mikroskopią w świetle spolaryzowanym;
  • badania zmian stopnia uporządkowania krystalicznego w materiałach kompozytowych polipropylen-włókno szklane wykorzystując sygnały EPR od centrów rodnikowych.

Wybrane wyniki badań naukowych z ostatnich lat są przedmiotem publikacji w czasopismach takich jak Phase Transitions i Ferroelectrics:

  • Ferroelectrics 497 (2016), pp.34-41. Complex ferroelastic domain patterns of K1-xRbxSc(MoO4)2 crystals. M.B. Zapart, W. Zapart, & M. Maczka
  • Phase Transitons 89 (2016) ,pp. 761-767. Optical studies of the ferroelastic phase transitions in KFe(MoO4)2. W. Zapart & M. B. Zapart
  • Ferroelectrics 462 (2014),pp.110-116. Effect of Li-doping on the Ferroelastic Phase Transitions in KSc(MoO4)2. W. Zapart, M. B. Zapart & N. M. Nesterenko
  • Phase Transitions 86 (2013),pp.123-130. Low temperature phase of the trigonal RbIn(MoO4)2 crystal. W. Zapart, M.B. Zapart, W. Schranz & M. Reinecker
  • Ferroelectrics 441 (2012),pp.33-41.Temperature Dependent Surface Images of KFe(MoO4)2 Observed by Atomic Force Microscopy. R.Kowalczyk, M.B.Zapart & W. Zapart
  • Phase Transitions 87 (2014), pp.1086-1095. Changes of birefringence and fine structure tensor in KSc(MoO4)2 induced by ferroelastic phase transitions. W.Zapart & M.B. Zapart.
  • Phase Transitions 84 (2011),pp.872-884. Effect of ferroelastic domain pattern changes on the EPR spectra in TDM. W.Zapart & M.B. Zapart.

Najciekawsze prace dyplomowe realizowane w Zakładzie:

  • Ruchy gałek ocznych analizowane za pomocą sztucznych sieci neuronowych jako sposób komunikacji z komputerem .
  • Ocena stabilności akceleratora biomedycznego „ELEKTA” .
  • Analiza widma EPR metodą rachunku zaburzeń II-go rzędu
  • EPR jonu VO2+ w Cs0.9(NH4)0.1LiSO4 .
  • Chaos w układzie podwójnego wahadła .
  • Chaos deterministyczny w wahadle magnetycznym.
  • Zastosowanie pakietu Mathematica do numerycznej analizy równań ruchu układu wielu sprzężonych nieliniowych oscylatorów harmonicznych .
  • Spinowe poziomy energetyczne jonu Cr3+ w osiowym i nieosiowym polu krystalicznym jako nośnik informacji kwantowej.
  • Analityczna i numeryczna analiza równań Lorenza .
  • Organizacja stanowiska do przeprowadzenia doświadczenia Aspecta.
  • Automaty komórkowe jako narzędzie do modelowania i symulacji w nauce i technice.
  • Zastosowanie pakietu Mathematica do analizy dwóch sposobów lokowania kapitału w oparciu o metody fizyki statystycznej .
  • Konstrukcja i ocena parametrów pracy anteny typu Yagi.

Kilkoro studentów znajdujących się pod opieką pracowników Zakładu zostało wyróżnionych Stypendiami Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego oraz Stypendium Naukowym Wojewody Śląskiego jak i nagrodami na studenckich sesjach naukowych.

Studenci kierunku Fizyka Techniczna w ramach prac w studenckim kole naukowym Qubit zostawali wielokrotnie laureatami nagród na studenckich sesjach naukowych, nie tylko na Politechnice Częstochowskiej, ale również w Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Studenci zorganizowali wyjazdy do krajowych i zagranicznych centrów naukowych, takich jak Narodowe Centrum Badań Jądrowych w Świerku, Instytut CERN w Genewie, liczne ośrodki naukowe w Niemczech odwiedzane w ramach przyznanego kołu stypendium DAAD.


Szukaj

Newsletter

Zapisz się do naszego newslettera!