Exact matches only
Search in title
Search in content
Search in posts
Search in pages
Filter by Categories
Bioenergeetika
Bioorgaanika
KBFI
KEAF
Keemiline füüsika
Keskkonnatoksikoloogia
Uncategorized

Kondenseeritud faaside füüsika ja materjaliteadus

Moodne kondenseeritud faaside füüsika ja materjaliteadus keskendub uudsete elektriliste, magnetiliste, optiliste ja termiliste omadustega ainetele. Nende ühendite funktsionaalsus on sageli väga raskesti ennustatav kas tugevate elektronkorrelatsioonide (magnetism, ferroelektrilisus, laengukorrastatus jms) või väga keeruka struktuuri (intermetallide ja oksiidide suured ühikrakud ja komposiidid) või – üha sagedamini – nende mõlema tõttu. Strateegiline programm pakub välja kolm lähenemist edendamaks arusaamist keerukast kvantmateeriast ja selle võimalikust disainist – parem ainete süntees ja kontroll, arenenud eksperimentaalsed tehnikad (spektroskoopiad) ja uudsed teoreetilised meetodid.

Uued spinnmaterjalid

Spinn on elementaarosakese fundamentaalne omadus, mida saab adekvaatselt kirjeldada ainult kvantmehhaanika reeglite abil. Vaatamata oma kvantiseloomule on spinnil praktiline tähtsus ja oluline tähendus tänapäeva materjaliteaduses. Tuumamagnetresonants (TMR) kasutab tuuma spinni aine lokaalse struktuuri ja dünaamika määramiseks. Suure hulga elektronspinnide koosmõjul tekib püsimagnet või magnetväljaga muudetav takistus elektrivoolule. Veelgi enam, multiferroidsetes materjalides saab elektriväljaga mõjutada spinne, mis võib olla aluseks väikese Joule’i soojatekkega kirjutamisoperatsioonidele magnetmäludes või THz-seadmetele, mis kasutavad magnetelektrilist vastasmõju spinni ja polarisatsioonilainete vahel. Spinni abil paarduvad takistuseta levivad laengupaarid kõrgtemperatuursetes ülijuhtivates ainetes. Uudsete kvantfaaside ning kvantfaasiüleminekute uurimise edasiviivaks jõuks on olnud ülijuhtivus ja magnetism tugevalt korreleeritud elektronidega materjalides ning magnonite (spinnlainete) Bose-Einsteini kondensaat. Tugevalt korreleeritud elektronidega ainete alamrühmas, raskete fermionidega metallides, avaldub tavatu ülijuhtivus, uudne magnetism ning senitundmatu varjatud kord.

Uute spinnmaterjalide programmi eesmärk on fundamentaalsete füüsikanähtuste uurimine potentsiaalset kõrgtehnoloogilist rakendust omavates materjalides. Spinnmaterjale uuritakse tahke keha TMR, teraherts-spektroskoopia ja Raman-spektroskoopia meetoditega, mis annavad lisateavet struktuuri ja struktuuri-funktsiooni vahelise seose kohta. Uuritavate nähtuste kvantiseloom nõuab tugevate magnetväljade ja madalate temperatuuuride kasutamist.

Struktuuri, dünaamika ja omaduste uurimine laias magnetväljade ja temperatuuride vahemikus

TMR on magnetväljas tuumaspinni energianivoode vahe ülitäpsel mõõtmisel põhinev spektroskoopia. Spektri peenstruktuur sõltub lokaalsetest mõjutustest, mis on tekitatud nii keemilise sideme kui teiste tuumade poolt. Lai magnetväljade ja temperatuuride vahemik lubab ühelt poolt tõsta TMR tundlikkust, teisalt mõjutada aine olekuid ja funktsionaalsust.

Programmi osaks on TMR kui universaalse analüütilise meetodi kasutamine molekulaarsel tasemel informatsiooni saamisel bioloogias, keemias ja tahkiste füüsikas. Keemia fundamentaalküsimuste vallas toimub enantiomeeride, diastereoisomeeride ning teiste keeruliste molekulide struktuuranalüüs ja sünteesi arendamine ning kontroll. Molekulaarbioloogias arendatakse välja uusi meetodeid ja lähenemisi membraani- ja transportvalkude struktuuri ja interaktsioonide uurimiseks (vt bioenergeetika programm). Koostöös haiglatega loome raku metaboliitide täpsel mõõtmisel põhinevat diagnostikat.

Tahke keha füüsika alal on programm tihedalt seotud nii uute spinnmaterjalide kui ka energeetikamaterjalide programmiga. Selleks arendatakse ülikiireid pöörlemistehnikaid ekstremaalsetel temperatuuridel, mis ulatuvad spinnmaterjalides kvantnähtuste esiletoomiseks vajalikest krüotemperatuuridest kuni kõrgete temperatuurideni, mille juures töötavad energeetikamaterjalid.

Energeetikamaterjalid

Energeetikaga seotud materjaliuuringud on väga olulised elektrienergia tootmiseks ja salvestamiseks järgmise põlvkonna kütuseelementides, Li-ioonakumulaatorites ja superkondensaatorites. Programmi raames toimub uurimistöö kõigis neis suundades eelkõige kasutades TMR meetodeid kõrgetel, kuni 1200 °K, ja madalatel, kuni 10 °K, temperatuuridel, milleks instituudil on unikaalsed võimekused ja kompetents. Programm on tihedalt seotud tahke oksiidi kütuselementide arendamisega kommertsiaalseks tooteks koos tootmis- ja arendusettevõttega „Elcogen“.