Fizika

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Šiame tyrime bus formuojamos itin plonos fraktalinės metalų struktūros (Pd, Pt, Au, Ni, Ag) ant puslaidininkinių padėklų (SiC, GaN, ZnO, MoS?), naudojant elektronų pluošto garinimą esant mažo storio ir perkolacijos slenksčio sąlygoms. Tokie sluoksniai natūraliai sudaro fraktalines arba dendritines salas su itin dideliais perimetrais, kurios sukuria labai jautrius Šotkio sandūrų kontaktus, kuriuose dujų adsorbcija moduliuoja barjero aukštį. Projekte bus tiriama kritinių pramoninių dujų (H?, NO?, CO, NH?, O?) bei su narkotikais susijusių organinių garų aptikimas, įskaitant metilbenzoatą (kokaino žymenį), terpenus (kanapių junginius) ir lakiuosius aminus. Eksperimentiniai darbai apims plonųjų sluoksnių auginimą, morfologinę SEM/AFM analizę, I–V ir C–V Šotkio charakterizavimą bei dujų/garų jautrumo matavimus. Tikslas – susieti fraktalinę geometriją, barjero moduliaciją ir garų jautrumą, siekiant sukurti naują aukštos raiškos, mažos galios dujų jutiklių projektavimo strategiją.

---

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.

Viena iš medžiagų klasių yra neorganiniai sudėtingi metalų oksidai, pasižymintys vadinamosiomis aktyviomis savybėmis. Dažnai jas vadina „smart materials“ – išmaniomis medžiagomis. T.y. medžiagos transformuojančios įvairius fizikinius poveikius (mechaninį, šiluminį, spinduliuotės, šviesos, elektrinio ar magnetinio lauko ir kt.) 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 mokslo ir technologijos pasaulio dėmesyje šios medžiagos buvo akcentuojamos kaip reikalingi feromagnetikai arba feroelektrikai. Tačiau pirma multiferoinė medžiaga, pasižyminti ferroelektrinėmis (FE) ir (nors ir silpnomis) feromagnetinėmis (FM) savybėmis buvo susintezuota 2003‘iais metais, tai bismuto feritas BiFeO3 (BFO). Jungtinis efektas, kad tos medžiagos pasižymėtų abejomis savybėmis (ir FE ir FM kambario temperatūroje) buvo atrastas 2014‘ais metais. Panaudojant feromagnetinius papildomus pasluoksnius, mokslininkų grupė iš JAV sukūrė daugiasluoksnę supergardelinę struktūrą, pasižyminčią magnetoelektrinėmis savybėmis. Tai yra pirmoji atrasta struktūra, pasižyminti stipriai pasireiškiančiomis magnetoelektrinėmis savybėmis kambario temperatūroje, tačiau šis efektas buvo ir yra per silpnas. 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 daugiasluoksnius multiferoinius FE ir FM sluoksnius reaktyviuoju magnetroninio dulkinimo nusodinimo būdu.

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Protonams laidžios BZCY (ceriu ir itriu legiruotas bario cirkonatas) keramikos laikomos viena perspektyviausių medžiagų vidutinės temperatūros energijos konversijos technologijoms, ypač protoniniams keraminiams kuro elementams ir elektrolizės įrenginiams, nes leidžia efektyviai pernešti protonus ir veikti žemesnėje temperatūroje nei tradiciniai oksidiniai elektrolitai. Šių medžiagų pranašumai slypi aukštame protoniniame laidume, gerame struktūriniame suderinamume su elektrodais ir potenciale mažinti sistemų energijos sąnaudas, tačiau jų taikymą riboja aukšta sintezės temperatūra, grūdelių ribų varža, nepakankamas cheminis stabilumas CO2 ir H2O aplinkoje bei sudėtingas laidumo ir stabilumo derinimas keičiant Zr/Ce santykį. Būsimų tyrimų naujumas grindžiamas pažangių priemaišų, sintezės ir mikrostruktūros valdymu, siekiant sukurti keramikas, pasižyminčias sumažinta sintezės temperatūra, homogeniška mikrostruktūra ir didesniu protoniniu laidumu. Tyrimų tikslas – optimizuoti BZCY keramikų sudėtį ir formavimo sąlygas, taikant fizikinius vakuuminius formavimo metodus bei siekiant pagerinti cheminį stabilumą bei protoninį laidumą energijos konversijos sistemose. Siekiant šio tikslo keliami šie uždaviniai: suformuoti plonus BZCY keramikų sluoksnius, leidžiančius sumažinti sintezės temperatūrą ir gauti tankią, vientisą mikrostruktūrą; nustatyti Zr/Ce/Y santykio ir priemaišų įtaką kristalinės gardelės parametrams, defektų koncentracijai ir protoniniam laidumui; įvertinti grūdelių ribų, poringumo ir fazinių priemaišų poveikį protonų pernašai bei elektrocheminėms savybėms; ištirti BZCY keramikų cheminį stabilumą CO2 ir H2O aplinkoje bei sąveiką su elektrodais.

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Atsinaujinančių energijos šaltinių, tokių kaip saulės energija ar vandenilis, naudojimas mažina šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisijas. Saulės elementų efektyvumas priklauso nuo spinduliuotės sugerties, kurią galima didinti kuriant plačios spektro sugerties puslaidininkines medžiagas, derinant elementus į tandemus ir taikant fotonikos sprendimus. Nano- ir mikrostruktūros, mažesnės už šviesos bangos ilgį, prailgina optinį kelią, atspindi nesugertą spinduliuotę, rezonansiškai sugeria elektromagnetinę bangą ir injektuoja karštuosius krūvininkus, taip išnaudojant platesnį spektrą. Kita perspektyvi kryptis – fotoninių struktūrų kūrimas, leidžiantis selektyviai sąveikauti su norimo bangos ilgio spinduliuote, parenkant tinkamą nanogeometriją. 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 saviranką bei plonų dangų nusodinimą, 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.