Határfelületek vizsgálata számítógépes modellszámolások és szinkrotronos technikák segítségével

Vezető: 
Dr. habil. Erdélyi Zoltán, egyetemi adjunktus
Tagok: 
Dr. Katona Gábor, egyetemi adjunktus
Tagok: 
Parditka Bence, PhD hallgató

 

 

Határfelületek vizsgálata számítógépes modellszámolások és szinkrotronos technikák segítségével

A „nano tudomány” kezdete Richard Feynman 1959. december 29-én, a Kaliforniai Műszaki Intézetében az Amerikai Fizikai Társaság éves gyűlésén tartott klasszikus beszédéhez köthető. Előadása során Feynman azt sugallta, hogy nincsen olyan alapvető ok, mely megtiltaná az anyagok atomi és molekuláris skálán történő manipulációját. Húsz évvel később, Eigler és munkatársai megalkották az első ember által, atomonként összerakott objektumot pásztázó alagútmikroszkóp segítségével.

 

Mostanában alap- és alkalmazott anyagtudományi kutatások több szempontból is foglalkoznak a nanoszerkezetű anyagok fizikai és műszaki jellemzőivel. Az anyagok nanoskálán fellépő újfajta tulajdonságai különösen mechanikai, kémiai, mágneses, optikai és biológiai jellemzőkben nyilvánulnak meg. A lehetséges alkalmazások széles skálát fednek le, a mikro- és nanoelektronikától egészen az orvosbiológiáig. Ezek felhasználása azonban megköveteli a különféle paraméterek, illetve a fizikai törvények ismeretét nanoskálán.

 

Az elmúlt 5-10 év során alapvető eredményeket értünk el a határfelületek nanoskálán történő elmozdulásának és morfológiájának vizsgálatában. Számítógépes modellszámolások segítségével megmutattuk, hogy egy kristályos diffúziós párban, nagy diffúziós aszimmetria esetén, mind korlátlan és korlátozott oldékonyságú rendszerekben, az eredetileg éles határfelület éles marad a diffúziós keveredés során, az elmozdulása pedig nanoskálán nem arányos az idő négyzetgyökével, ahogyan az a Fick egyenletekből következne. Továbbá, megmutattuk, hogy egy kezdetben diffúz határfelület kiélesedhet még korlátlan oldékonyságú rendszerekben is, valamint egy sztöchiometrikus összetételű rendezett fázis visszaoldódhat. A modellszámolások által megjósolt jelenségeket rendszerint kísérletileg is igazoltuk. Ehhez olyan atomi-/nanoskálájú érzékenységű módszerekre volt szükségünk, mint a különböző szinkrotron sugárzásos technikák.

 

Kutatásaink alapvetően három fő csoportba sorolhatók:

 

  • Határfelület elmozdulás kinetika vizsgálata szilárdtest reakció során
  • Feszültséghatás és diffúzió
  • Túltelített, kétalkotós, fázisszeparációra hajlamos szilárdoldatok durvulási folyamatának vizsgálata

A kutatócsoport eddigi eredményeit rangos, nemzetközi folyóiratokban publikáltuk. A jövőben elért eredményeket szintén nemzetközi folyóiratokban, valamint nemzetközi konferenciákon kívánjuk bemutatni.