Współpraca naukowa

• Institute of Physics of the Czech Academy of Sciences, Praga, Republika Czeska
• Centrum NanoBioMedyczne UAM, Poznań
• Instytut Niskich Temperatur i Badań Strukturalnych PAN, Wrocław
• Wydział inżynierii Materiałowej i Fizyki Technicznej, Politechnika Poznańska
• Wydział Matematyki i Fizyki Stosowanej, Politechnika Rzeszowska
• Wydział Elektrotechniki i Automatyki, Politechnika Gdańska
• Wydział Mechaniczno-Energetyczny, Politechnika Wrocławska
• Wydział Fizyki i Astronomii, Wydział Chemii, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza, Poznań
• Wydział Nauk Ścisłych i Technicznych, Uniwersytet Śląski w Katowicach
• Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Metali Nieżelaznych, Gliwice
• Institute for Condensed Matter Physics of the Ukrainian Academy of Sciences, Lwów, Ukraina
• Institute for Problems of Materials Science Ukrainian Academy of Sciences, Kijów, Ukraina
• Department of Physics, Ben-Gurion University of the Negev, Be’er-Sheva, Izrael
• University of Rennes, Francja
• Department of Physics, Montana State University, Bozeman, Stany Zjednoczone
• Institute of Physics, Crystal Physics Division, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza, Poznań, Polska

Konsorcja i sieci

Projekt NCBR-PIHe3 dotyczący opracowania przemysłowej metody wzbogacania helu 4He w izotop 3He realizowany jest w ramach Konsorcjum Naukowego ”IFM PAN – PGNiG SA Oddział w Odolanowie – PWr” zawiązanego przez Instytut Fizyki Molekularnej Polskiej Akademii Nauk (IFM PAN) – lidera projektu, Polskie Górnictwo Naftowe i Gazownictwo SA Oddział w Odolanowie (PGNiG SA Oddział w Odolanowie), które jest partnerem gospodarczym oraz Politechnikę Wrocławską (PWr), będącą partnerem naukowym. Projekt współfinansowany jest przez NCBiR w ramach programu INNOTECH, ścieżki programowej In-Tech i zakłada wykorzystanie kwantowego zjawiska nadciekłości oraz nowoczesnych filtrów entropowych złożonych z nanorurek, nanomateriałów lub nadprzewodników do procesu pozyskiwania niezwykle cennego izotopu 3He. W ramach prowadzonych prac zaprojektowano i zbudowano półprzemysłowy separator 3He, przetestowano efektywność szeregu różnych filtrów entropowych oraz dokonano szacunków opłacalności ekonomicznej procesu prowadzonego w istniejących już instalacjach produkujących ciekły hel. Strona projektu NCBR-PIHe3.

Projekt POIR.02.03.02-22-0006/15 Opracowanie kompozytowego materiału ekranującego pole elektromagnetyczne w wysokich i niskich częstotliwościach, którego beneficjentem była firma ADR System a partnerem naukowym Instytut Fizyki Molekularnej Polskiej Akademii Nauk. Program realizowany był w ramach Programu Operacyjnego Inteligenty Rozwój 2014-2020 Poddziałania 2.3.3 Bony na Innowacje dla MŚP. W ramach projektu opracowano technologię wytwarzania oraz zbadano właściwości nowego modyfikatora, który stanowił dodatek do już produkowanych przez firmę ADR System materiałów ekranujących stałe pola elektryczne. Uzyskano w ten sposób nowe materiały w postaci mat, folii, farb, które efektywnie ekranują stałe pole elektryczne oraz pola elektromagnetyczne wysokiej częstości (rzędu GHz), przyczyniając się do obniżenia tła promieniowania elektromagnetyczny w miejscach zamieszkania oraz pracy. Strona ADR System.

Zakład uczestniczy we współpracy z Wydziałem Politechnik Gdańskiej, której przedmiotem jest poszukiwanie nowych metod defektoskopii wysokoenergetycznych kabli przesyłowych oraz sposobów syntezy i charakteryzowania ceramik w postaci domieszkowanego tlenku cynku ZnO, które stanowią czynnik roboczy w układach ochrony sieci przesyłowych, takich jak warystory. Metodami fizycznymi badane są również procesy stażeniowe oraz procesy zachodzące pod wpływem wysokoenergetycznych przepięć w ceramice ZnO. Publikacja.

Wyposażenie

• Wieloczęstotliwościowy spektrometr CW ENDOR EPR firmy Bruker (ELEXSYS E500) wyposażony w:
  • rezonatory “flexline” na pasmo S, X i Q oraz kriostat helowy (4-300 K)
  • rezonator CW ENDOR na pasmo X (4-300 K)
  • rezonator Dual Mode na pasmo X (4-300 K i 100-550 K)
  • rezonator Super High QE na pasmo X (4-300 K i 100-550 K)
  
• Impulsowy spektrometr FT/CW EPR firmy Bruker (ESP380E) na pasmo X z kriostatem helowym firmy Oxford (CF935) z zakresem temperatur od 4 do 300 K
  
• Spektrometry CW EPR firmy RADIOPAN (SE/X-2547, SE/X-2544) na pasmo X i z zakresem temperaturowym 4-300 K i 200-800 K
  
  

• Mostki RLC (HP 4284A, Agilent 4285A) do badań własności dielektrycznych i przewodnictwa elektrycznego w zakresie 20 Hz-30 MHz oraz układami kontroli temperatury w zakresach 4-300 K oraz 150-550 K.

  

Obszar badawczy

Funkcjonalne układy warstwowe i nanostruktury.

Cele badawcze

Niezależnie od badań podstawowych, których celem jest wyjaśnienie obserwowanych w układach cienkowarstwowych zjawisk fizycznych, podejmowane są również zadania dotyczące opracowywania technologii wytwarzania i określenia właściwości magnetycznych warstw charakteryzujących się parametrami atrakcyjnymi dla zastosowań. W tym zakresie główne cele naszych badań prowadzonych w ostatnich latach i obecnie koncentrują się na optymalizacji magnetycznych układów warstwowych stosowanych w strukturach magnonicznych, sensorach bazujących na efektach magnetorezystancyjnych lub układach wykorzystujących magnetoforezę w urządzeniach typu „lab-on-a-chip”. Aby osiągnąć te cele, podążaliśmy dwiema różnymi drogami. Pierwsza z nich była związana z rozwojem nowych układów magnetycznych, np. warstw wielokrotnych charakteryzujących się  w kolejnych warstwach ferromagnetycznych naprzemiennie anizotropią prostopadłą i zorientowaną w płaszczyźnie warstwy, struktur składających się z ferromagnetyków 3D, ferrimagnetycznych stopów RE-TM (RE- metal ziemi rzadkiej, TM-metal przejściowy), stopów Heuslera, pół-Heuslera, warstw YIG lub amorficznych FINEMET połączonych z metalami szlachetnymi, metalicznych lub tlenkowych warstw antyferromagnetycznych. Druga część naszych działań koncentrowała się na modyfikacji właściwości układów warstwowych po procesie osadzania. W szczególności badaliśmy wpływ bombardowania jonowego i strukturyzacji w skali nano na właściwości fizyczne (głównie magnetyczne) struktur cienkowarstwowych.

Profil badawczy

Zespół Cienkich Warstw i Nanostruktur realizuje prace badawcze z wykorzystaniem technologii wytwarzania układów warstwowych metodami rozpylania jonowego i ablacji laserowej w warunkach ultrawysokiej próżni oraz ich strukturyzacji metodą litografii elektronowej. Tak wytworzone układy warstwowe często są poddawane modyfikacji właściwości poprzez bombardowanie jonowe, utlenianie, wodorowanie. Proces modyfikacji może być prowadzony lokalnie, co realizowane jest z wykorzystaniem masek wykonanych z fotorezystu, a w przypadku bombardowania jonami Ga⁺ również z wykorzystaniem zogniskowanej wiązki jonowej (FIB). Właściwości strukturalne określane są na podstawie pomiarów dyfrakcyjnych oraz skaningowej mikroskopii elektronowej. Skład chemiczny wytwarzanych warstw kontrolowany jest in-stu z wykorzystaniem spektroskopii elektronów Augera (AES) oraz fotelektronów emitowanych pod wpływem promieniowania X (XPS), natomiast grubość warstw monitorowana jest na podstawie wskazań wagi kwarcowej. Aparatury do osadzania warstw zapewniają możliwość wytworzenia warstw w kształcie klina (z gradientem grubości) oraz warstw stopowych z gradientem składu.

Charakterystyka właściwości magnetycznych układów warstwowych prowadzona jest z wykorzystaniem metod opisanych w zakładce „Wyposażenie”. Interpretacja wyników badań eksperymentalnych jest często wspomagana symulacjami mikromagnetycznymi (OOMMF, MUMAX) i atomistycznymi (Vampire).

 Czytaj więcej o najważniejszych osiągnięciach Zakładu.

Patenty

Efektem aktywności zakładu w sferze badawczo-rozwojowej jest uzyskanie szeregu patentów udzielonych przez Urząd Patentowy Rzeczpospolitej Polskiej, które dotyczą jednowymiarowych nanoukładów nadprzewodzących, kwantowych filtrów entropowych do separatorów helu ³He oraz przyrządów do demonstracji kwantowego przejścia helu 4He w stan nadciekły i badania układów do wzbogacania koncentracji izotopu helu ³He3 w helu ⁴He.

• Sposób wytwarzania drutów ze splotów kompozytowych
  Numer uzyskanej ochrony 230430; data zgłoszenia 14.11.2014.
  Autorzy (wyróżniono autorów z Instytutu Fizyki Molekularnej PAN): dr inż. Wojciech Głuchowski, prof. dr hab. inż. Zbigniew Rdzawski, dr inż. Joanna Sobota, prof. dr hab. inż. Jerzy Stobrawa, inż. Krzysztof Marszowski, dr hab. Bartłomiej Andrzejewski, prof. dr hab. Wojciech Kempiński
  Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania drutów ze splotów kompozytowych o włóknistej i ultradrobnoziarnistej strukturze, który charakteryzuje się tym, że kompozyt uzyskiwany jest w sposób ciągły z drutu płaszczowego w trzech etapach.
  https://ewyszukiwarka.pue.uprp.gov.pl/search/pwp-details/P.410149
• Głowica niskotemperaturowa do stabilizacji temperatur poniżej 4,2 K w układach wykorzystują-cych ciekły hel
  Numer uzyskanej ochrony 233586; data zgłoszenia 09.05.2016.
  Autorzy: prof. dr hab. Wojciech Kempiński, prof. dr hab. Zbigniew Trybuła, dr hab. Szymon Łoś, prof. dr hab. inż. Maciej Chorowski, dr hab. inż. Jarosław Poliński, mgr inż. Katarzyna Chołast, mgr inż. Andrzej Kociemba, mgr inż. Marcin Włoszczyk, mgr inż. Łukasz Wróblewski
  Przedmiotem wynalazku jest niskotemperaturowa głowica z wymiennikiem ciepła i kapilarą, umożliwiającą stabilizację temperatur poniżej 4,2 K w układach wykorzystujących ciekły hel. Zastosowanie głowicy z kapilarą ze zwiększonym oporem przepływu pozwala na chłodzenie oraz stabilizację temperatury dużej objętości ciekłego helu z optymalnym, niskim zużyciem tej cieczy, oraz zachowanie lub zwiększenie wyjściowej koncentracji izotopu helu ³He w helu ⁴He.
  https://ewyszukiwarka.pue.uprp.gov.pl/search/pwp-details/P.417132
• Sposób wytwarzania kompozytów multi-włóknistych
  Numer uzyskanej ochrony 234348; data zgłoszenia 14.11.2014.
  Autorzy: dr inż. Wojciech Głuchowski, prof. dr hab. inż. Zbigniew Rdzawski, dr inż. Joanna Sobota, prof. dr hab. inż. Jerzy Stobrawa, inż. Krzysztof Marszowski, dr hab. Bartłomiej Andrzejewski, prof. dr hab. Wojciech Kempiński
  Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania kompozytów multi-włóknistych Cu-Nb, który polega na otrzymywaniu kompozytu w sposób ciągły z drutu płaszczowego w trzech etapach. Finalny produkt, w zależności od liczby etapów kompaktowania, może składać się z ponad 800 000 nadprzewodzących filamentów niobowych Nb w osnowie miedzianej Cu. Średnica uzyskiwanych filamentów nadprzewodzących jest mniejsza od 100 nm, natomiast ich długość dochodzi do kilkudziesięciu centymetrów.
  https://ewyszukiwarka.pue.uprp.gov.pl/search/pwp-details/P.410151
• Głowica układu do badania materiałów i demonstracji zjawisk obserwowanych w obszarze niskich temperatur
  Numer uzyskanej ochrony 235349; data zgłoszenia 02.06.2015.
  Autorzy: prof. dr hab. Wojciech Kempiński, prof. dr hab. Zbigniew Trybuła, dr hab. Szymon Łoś, mgr inż. Marcin Wróblewski, prof. dr hab. inż. Maciej Chorowski, dr hab. inż. Jarosław Poliński, mgr inż. Katarzyna Chołast, mgr inż. Andrzej Kociemba, dr hab. Mateusz Kempiński, mgr inż. Marcin Włoszczyk
  Przedmiotem zgłoszenia jest głowica, pozwalająca regulować temperaturę osłony termicznej w przedziale 77÷63 K, w układach wykorzystujących ciecze kriogeniczne. Zastosowanie głowicy pozwala polepszyć warunki izolacji termicznej w układach służących do badań niskotemperaturowych, umożliwiając osiąganie temperatur poniżej przemiany ⁴He do fazy nadciekłej. Wynalazek głowicy jest przydatny w badaniach materiałów, np. filtrów entropowych, oraz samych cieczy kriogenicznych z uwzględnieniem kwantowych właściwości helu ⁴He.
  https://ewyszukiwarka.pue.uprp.gov.pl/search/pwp-details/P.412579
• Sposób separacji cieczy albo gazu w instalacji rektyfikacyjnej, wypełnienie kolumny rektyfikacyjnej półkowej oraz zastosowanie materiałów nadprzewodnikowych
  Numer uzyskanej ochrony 245132; data zgłoszenia 15.11. 2021
  Autorzy wynalazku: prof. dr hab. Wojciech Kempiński, dr Jakub Niechciał, prof. dr hab. Zbigniew Trybuła, prof. dr hab. inż. Maciej Chorowski, mgr inż. Katarzyna Chołast, dr Piotr Banat, mgr Marian Rachwał, dr hab. Mateusz Kempiński, dr hab. inż. Jarosław Poliński, mgr inż. Andrzej Kociemba
  Przedmiotem zgłoszenia jest wypełnienie kolumny rektyfikacyjnej półkowej materiałem nadprzewodnikowym, którego mikrokrystality pełnią rolę półek rektyfikacyjnych. Przedmiotem zgłoszenia jest także sposób separacji cieczy albo gazu w instalacji rektyfikacyjnej. Zgłoszenie obejmuje również zastosowanie nadprzewodnika w postaci sypkiej albo spieku jako wypełnienie kolumny rektyfikacyjnej półkowej, w który w stanie nadprzewodzącym stanowi półki rektyfikacyjne do separacji mieszanin, spełniających termodynamiczne warunki pracy kolumny rektyfikacyjnej.
  https://ewyszukiwarka.pue.uprp.gov.pl/search/pwp-details/P.439502