Kísérleti Szilárdtestfizikai Osztály

Kísérleti Szilárdtestfizika
Osztályvezető
Sára Judit Balogh

A Kísérleti Szilárdtestfizikai Osztály fő tevékenységi köre új anyagok szintézise, szerkezetük atomi szintű meghatározása és különböző fizikai tulajdonságaik mérése. E kutatás célja, hogy különleges, a modern szilárdtestkutatás által vizsgált anyagokhoz jussunk, és részletesen megértsük szerkezetük és tulajdonságaik kapcsolatait. Ez kíváncsiság vezérelt kutatás, mely jól ötvözi a kísérleti és számítógépes fizikát, az anyag- és metodológia-alapú megközelítést, a tradicionális és nagyon új kutatási irányokat. A vizsgált anyagok köre igen változatos:  fémes nanorészecskék, vékonyrétegek, fullerének, nanocsövek, grafén, fém-szerves hálózatok és fehérjeoldatok. A hagyományos kísérleti technikák között szerepel röntgen-diffrakció, SEM, TEM, AFM, NMR, Mössbauer és optikai spektroszkópia. A számítógépes anyagtudomány szintén fontos helyen szerepel az osztály tudományos palettáján. Ennek keretében komplex megszilárdulási mintázatok és folyamatok numerikus modellezését végezzük olyan anyagokon, mint a kolloid rendszerek, fémek, polimerek, metaanyagok és biomorf kristály-aggregátumok. Kutatóink egy csoportja, új szerkezetvizsgáló módszereket fejleszt, mint pl. röntgen holográfia, vagy a röntgen szabadelektron forrásokra (XFEL-re) épülő egyrészecskés képalkotás, extrém rövid idejű (femto másodperc) folyamatok során kialakuló atomi rend vizsgálata. 

 

Eredményeink:

  1. A fulleridek szupravezetők, melyeknek az átalakulási hőmérséklete az eddig ismert legmagasabb érték a molekuláris anyagok között, továbbá szupravezetésük mechanizmusában korrelált elektronok játszanak kulcsszerepet. Az erősen korrelált szupravezetés megértéséhez az antiferromágneses szigetelő alapállapotra vonatkozó ismeretek elengedhetetlenek. Az elméleti munkák szerint a fulleridek magas szimmetriájából eredően a Jahn-Teller effektus és a Mott-szigetelő állapot összekapcsolódik. Munkánk az első kísérleti bizonyítéka annak, hogy a Jahn-Teller-effektus megjelenik egy olyan anyag szigetelő állapotában, melynek korrelált szupravezető állapota is létezik. A Jahn-Teller-effektus igazolása a molekula finom torzulásának megfigyelésével, a dinamikus torzulásokat is követni képes infravörös spektroszkópiával alkalmazásával történt. DOI: 10.1038/ncomms1910 (Nature Communications 2012)
     
  2. Az atomifázismező-elmélet segítségével a kristályos megszilárdulás kiemelkedő problémáit oldottuk meg, köztük a kétlépéses és a heterogén gócképződés leírását kiemelkedően nemegyensúlyi folyadékokban, valamint egy olyan új kristályelágazási mechanizmus leírását, melynek alapjául a diffúzió nélküli és a diffúzióvezérelt növekedési módok versengése szolgál. Ezeket az eredményeket négy cikkben publikáltuk a PRL-ben és bemutatták az Advances in Physics (IF ~34) cikkében is. Ezekkel az eredményekkel összefüggésben, az elmúlt három évben tizennyolc, köztük egy plenáris és négy vitaindító, meghívott előadást tartottunk. DOI: 10.1080/00018732.2012.737555

Csoportunkban fémes rendszerek olyan ötvözeteivel foglalkozunk, melyek a klasszikus egyensúlyi állapottól messze esnek. Ezek a rendszerek érdekesek a szilárdtestfizikai kutatás számára, mivel olyan összetételű fázisok válnak vizsgálhatóvá, melyek tulajdonságait korábban nem ismertük.
A laboratórium három területen végez kutatásokat: A szilárd anyagok atomi szerkezetének meghatározása, új anyagok szintézise és rezgési spektroszkópiai vizsgálata, és komplex megszilárdulási mintázatok és folyamatok numerikus modellezése.