szerkezetkutató labor
Osztály
Kísérleti Szilárdtestfizikai Osztály

Csoportvezető: Faigel Gyula

Csoport weboldala: wigner.mta.hu/szerkezetkutato-laboratorium

A laboratórium három kutatási területet vizsgál. A röntgen technikák elsődleges kutatási iránya a szilárd anyagok atomi szerkezetének felderítése különféle diffrakciós technikákkal, valamint új szerkezetvizsgáló módszerek kifejlesztése (pl. röntgen-holográfia). A Számítógépes Anyagtudomány csoport számítógépes szimulációkkal vizsgálja a kristálynukleációs folyamatokat. A Kémiai szintézis és vibrációs technikák szén nanoszerkezetek előállításával és vizsgálatával foglalkozik különféle optikai spektroszkópiai technikák használatával. 

 

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.

 

Niob


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:

A projekt címe: Nanorendszerek atomi szerkezetének meghatározása
Tervezett befejezési dátum: 2018.11.30.


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.

LSALSAALSAAA

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

 Carbon nanostructures

 

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