Fizika

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Austenitiniai nerūdijantys plienai, kobalto ir chromo lydiniai, titanas ir jo lydiniai yra plačiai naudojami kaip biomedžiagos dėl palyginus mažų kaštų, didelio atsparumo korozijai bei gero biologinio suderinamumo fiziologinėje aplinkoje. Tačiau pagrindiniai faktoriai ribojantys šių lydinių panaudojimo galimybes yra mažas kietumas, atsparumas dilimui bei nuovargiui. Efektyviausias lydinių savybių gerinimo būdų (kai pagerinamos paviršiaus tribologinės ir mechaninės savybės, o atsparumas korozijai nesumažėja) yra termocheminis lydinių paviršių įsotinimas azotu arba anglimi. Šių termocheminio apdirbimo procesų metu susidaro azotu/anglimi persotintas austenito fazės sluoksnis, kuris padidina lydinių paviršiaus kietumą, atsparumą nusidėvėjimui bei jų atsparumą korozijai. Nors pastaraisiais metais yra atlikta eilė eksperimentinių ir teorinių tyrimų šios fazės struktūrai bei savybėms nustatyti, tačiau šios metastabilios fazės struktūra ir susidarymo mechanizmai iki šiol nėra tiksliai apibrėžti. Labai svarbu pabrėžti, kad nagrinėjant azoto ar anglies pernašos procesą polikristaliniame lydinyje būtina įvertinti jų sąveiką su kristalografiniais nevienalytiškumais tokiais kaip grūdelių ribos. Grūdelių orientacija ir grūdelių ribų pobūdis yra svarbios mikrostruktūros ypatybės, kurios turi įtakos azoto ar anglies pasiskirstymui polikristaliniame lydinyje. Todėl vienas pagrindinių uždavinių, kuris bus sprendžiamas įgyvendinant šį projektą, yra sukurti matematinius modelius bei išanalizuoti azoto/anglies difuzijos procesą polikristaliniuose medicininiuose lydiniuose įvertinant difuzijos mechanizmus grūdelių ribomis. Kitas svarbus aspektas yra susijęs su austenito fazės stabilumu. Termiškai aktyvuojamo austenitinės fazės fazinio virsmo metu susidarantys chromo nitridai/karbidai lemia medicininių lydinių atsparumo korozijai sumažėjimą. Todėl, šiame projekte bus siekiama ištirti masės pernašos procesus ir jų kinetiką biomedicininiuose lydiniuose vykstančius atkaitinimo metu.

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Grafenas, tai 2D nanoanglies medžiaga, anglies atominių šešiakampių monosluoksnis. Jis pasižymi rekordiniais elektronų ir skylių judriais bei kitomis unikaliomis savybėmis. Tarp daugelio galimų taikymų yra grafeno panaudojimas vietoje metalo Šotkio kontaktuose arba kaip itin plonas kanalas lauko tranzistoriuose. Tokie taikymai labai svarbūs gaminant naujus biojutiklius ir fotojutiklius. Iki šiol grafenas buvo sintezuojamas ant katalizinių Ni arba Cu plėvelių paskui jį pernešant ant reikiamo padėklo. Tai reikalaujanti daug laiko ir sudėtinga procedūra, keičianti grafeno ir grafeno-puslaidininkio sąlyčio savybes. Šiame darbe grafenas bus plazma aktyvuoto cheminio nusodinimo iš garų fazės būdu sintezuojamas tiesiogiai ant puslaidininkių ir dielektrikų paviršių. Bus tiriama sintezuoto grafeno struktūra, krūvininkų pernašos ir savaiminio legiravimo procesai grafene. Naudojant šių tyrimų rezultatus bus pagaminti grafeniniai jutikliai.

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Deimanto-tipo anglies (DTA) dangos dėl unikalių savybių kaip mažas trinties koeficientas, atsparumas dilimui ir cheminiam poveikiui, didelis kietumas, biosuderinamumas ar optinis pralaidumas yra plačiai naudojamos kaip apsauginės ir funkcinės dangos. Magnetroniniu dulkinimu formuojamų Me (Cr, Zr) DTA dangų tyrimai rodo, kad suformuotų dangų mechanines bei tribologines savybes ir struktūrą galima valdyti keičiant dangų auginimo sąlygas (plazmos rūšį, sudėtį, jos tankį ir t.t.) ar įvedamo metalo koncentraciją. Tačiau tyrimai yra fragmentiški ir trūksta aiškesnio fundamentinio supratimo, kaip dangų struktūra ir elementinė sudėtis lemia Me (Zr, Cr)-DTA dangų savybių kitimą, kokie fizikiniai procesai vyksta dangos formavimo metu ir t.t.

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Naujame tūkstantmetyje pradėtas skirti didelis dėmesys naujoms medžiagoms. Daugelis jutiklių, valdančių įrenginių, transformuojančių informaciją ir energiją yra sėkmingai diegiami jau dabar. Viena iš tokių medžiagų klasių yra neorganiniai sudėtingi metalų oksidai, pasižymintys vadinamosiomis aktyviomis savybėmis. Dažnai jas vadina išmaniomis medžiagomis. T.y. medžiagos transformuojančios įvairius fizikinius poveikius į elektrinį signalą, kurį galima fiksuoti ir registruoti. Negana to, šios medžiagos pasižymi ir atvirkštiniu efektu – veikiamos elektriniu lauku jos keičia savo būseną – stebimi feroelektrinai, feroelastiniai, elektrostrikcijos, piroelektriniai, magnetoelektriniai, elektrooptiniai, elektrokaloriniai ir kiti reiškiniai. Ilgą laiką (apie 20 metų) mokslo ir technologijos pasaulio dėmesyje šios medžiagos buvo akcentuojamos kaip reikalingi feromagnetikai arba feroelektrikai. Tačiau pirma multiferoinė medžiaga, pasižyminti ferroelektrinėmis ir (nors ir silpnomis) feromagnetinėmis savybėmis buvo susintezuota 2003‘iais metais, tai bismuto feritas BiFeO3 (BFO). Jungtinis efektas, kad tos medžiagos pasižymėtų abejomis savybėmis (ir feroelektrinėmis ir feromagnetinėmis kambario temperatūroje) buvo atrastas tik 2014‘ais metais. Panaudojant feromagnetinius papildomus pasluoksnius, mokslininkų grupė iš JAV sukūrė daugiasluoksnę supergardelinę struktūrą, pasižyminčią magnetoelektrinėmis savybėmis. Šios savybės įgalina žvelgti į šias medžiagas, kaip į visiškai naujo tipo atminties elementus, kurių įmagnetėjimą (ir kryptį) galima keisti tik elektriniu lauku. Dėl liktinio įmagnetėjimo efekto, informacijos išlaikymui šiose atmintyse nereikės energijos palaikymo. Šia tema siūlomas mokslinis darbas bus atliekamas sintezuojant multiferoinius sluoksnius reaktyviuoju magnetroninio dulkinimo nusodinimo būdu. Bus formuojamos struktūros, sudarytos iš feroelektrinių ir feromagnetinių sluoksnių ir tiriamas magnetoelektrinis efektas

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Šiame darbe metalo oksido nanodalelių (ZnO, CuO) paviršius bus funkcionalizuojamos (nanodalelėmis, grafenu, maksenais), siekiant gauti kambario temperatūros šviesa aktyvuojamus jutiklius. Bus tiriamos jų fizinės savybės, tokios kaip užtvarinio sluoksnio pasikeitimas dėl šviesos poveikio ir paviršiaus adsorbcijos. Puslaidininkinės metalo oksido nanovielos yra plačiai naudojamos jutikliuose dėl jų reguliuojamų elektronų transportavimo savybių ir dėl didelio paviršiaus ir tūrio santykio. Anksčiau buvo įrodyta, kad nanovielų jutikliai turi daug didesnį stabilumą, palyginti su kitais nanodalelių analogais. Didelį jautrumą ir stabilumą galima gauti integruojant daug nanovielų, nanovielos skersmuo turi didelę įtaką jutiklio veikimui. Tačiau metalo oksido dujų jutikliams reikia aukštos darbinės temperatūros (paprastai 300–500 °C), beto, ribotas selektyvumas panašioms dujoms riboja jų taikymą realiose situacijose. Šviesos aktyvinimas buvo parodytas kaip alternatyva šilumos aktyvinimui, atveriant kambario temperatūros jutiklio matavimo galimybes, tačiau jautrumas ir selektyvumas yra mažesnis, palyginti su aktyvinimu kaitinant. ZnO nanovielas dažnai naudojami chemirezistiniam jutimui dėl daugybės privalumų, tokių kaip didelis jutimo atsakas ir ilgalaikis stabilumas. Be kitų struktūrų, ZnO tetrapodai (struktūra, sudaryta iš 4 prijungtų nanovielų) taip pat yra įdomūs chemirezistiniam jutimui ir buvo naudojami UV jutimo ir dujų jutikliuose. Didelis ZnO nanostruktūrų paviršiaus ir tūrio santykis bei poringumas gali prisidėti prie kambario temperatūros dujų jutiklio vystymo. Mūsų laboratorijoje neseniai gautas proveržis ZnO jutikliuose, pademonstuotas rekordinio lygio jautrumas.

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Atliekami platūs tyrimai ieškant naujų funkcinių medžiagų, kurios padidinti kuro elementų efektyvumą ir sąlygotų šių medžiagų praktinį panaudojimą. Pritaikant medžiagas, kurios naudojamos gaminti elektrolitams (ZrO2/Y2O3, CeO2/Gd2O3 ir kt.) bei sumažinant elektrolito storį iki 1-2 µm, galima sumažinti KOKE darbo temperatūrą, konstrukcijų matmenys bei kainą. Šiuo darbu bus siekiama rasti naujus sprendimus formuojant plonasluoksnius SOFC elementus. Šiais tyrimais bus siekiama ištirti iki šiol grupėje netyrinėtą lantano stroncio galio magnio oksidą (LSGM) La0.80Sr0.20Ga0.80Mg0.20O3-X ir technologijas bei technologinių parametrų įtaką SOFC heterostruktūroms formuoti, kas leistų pagerinti tokių kuro elementų naudingumą. Darbe bus tiriama: a) sudėties bei technologinių parametrų įtaka sluoksnių joninėms savybėms; b) krūvininkų difuzijos koeficiento bei jų judrio įtaka joninėms savybėms. Joniniai ploni sluoksniai bus formuojami panaudojant fizikines vakuumines technologijas. Tyrimų tikslas yra išsiaiškinti bei kontroliuoti fizikines, chemines ir kitas plonų sluoksnių savybes bei, tyrimų pagrindu, sąlygoti tokių sistemų praktinį panaudojimą.

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Atsinaujinančių energijos šaltinių, tokių kaip saulės energija, vandenilio dujos ir kt. vartojimas leidžia sumažinti šiltnamio efektą sukeliančių dujų išsiskyrimą. Saulės elementuose šviesos pavertimo į energiją našumas priklauso nuo sugeriamos spinduliuotės efektyvumo, kurį galima užtikrinti vystant naujas platų spektrą sugeriančias puslaidininkines medžiagas, apjungiant skirtinga sugertimi pasižyminčius elementus į dvigubus ar trigubus tandemus bei efektyvinant šviesos sklaidą ir sugertį taikant fotonikoje naudojamus spendimus bei susijusias technologijas. Įvairios, už šviesos bangos ilgį mažesnės, tvarkios bei atsitiktinės geometrijos nano struktūros, kurios didina šviesos optinį kelią puslaidininkinėse medžiagose, atspindi nesugertą spinduliuotę , rezonansiškai sugeria elektromagnetinę spinduliuotę, injektuoja karštuosius krūvininkus į puslaidininkio draustinę juostą taip išnaudojant platesnio spektro spinduliuotę. Kita perspektyvi šviesos nuostolių valdymo bei efektyvumo didinimo kryptis yra fotoninių struktūrų vystymas. Jos pasižymi selektyvia sąveika su atitinkamo bangos ilgio spinduliuote, kuri yra išgaunama parenkant nanodarinių geometriją užtikrinančią norimas optines savybes. Šio darbo tikslas sukurti fotonines heterostruktūras bei apibūdinti jų sąveiką su šviesa ir įvertinti potencialius taikymus energijos generavimui. Vykdant tyrimus bus siekiama teoriškai parinkti bei eksperimentiškai, naudojant savirankos bei plonų dangų nusodinimo, sukurti plazmoninių ir puslaidininkinių medžiagų heterosandūras, kurios efektyviau sugertų šviesą. Apibūdinti šiuose nanodariniuose vykstančius krūvininkų pernašos reiškinius naudojant kinetinės spektroskopijos ir fotoelektrocheminius matavimus. Pritaikyti heterodarinius atsinaujinančios energetikos taikymams.