Εργαστήριο Μαγνητισμού & Μαγνητικών Υλικών


Τα εκπαιδευτικά αντικείμενα του Εργαστηρίου Μαγνητισμού & Μαγνητικών Υλικών (ΕΜΜΥ-ΑΠΘ) στρέφονται γύρω από τον μαγνητισμό και τις μαγνητικές ιδιότητες της ύλης, αλλά και το συγγενές πεδίου του ηλεκτρισμού.  Σε προπτυχιακό επίπεδο διδάσκονται τα μαθήματα «Γενική Φυσική ΙΙΙ (Ηλεκτρισμός-Μαγνητισμός)», «Εργαστήρια Ηλεκτρικών Κυκλωμάτων», «Ηλεκτρομαγνητισμός», «Μαγνητικά Υλικά & Εφαρμογές», «Εργαστήριο Φυσικής Στερεάς Κατάστασης - Εργαστήριο Μαγνητικών Μετρήσεων» στο Τμήμα Φυσικής και σε μεταπτυχιακό επίπεδο τα μαθήματα «Νανοσύνθεση & Νανοδιεργασίες  - Νανομαγνητικά Υλικά», «Φυσικές Ιδιότητες Υλικών - Μαγνητικές Ιδιότητες», «Εργαστήριο Χαρακτηρισμού Υλικών ΙΙ - Εργαστήριο Μαγνητικών Μετρήσεων», «Εργαστήρια Εκπαίδευσης στην Ερευνητική Μεθοδολογία» και «Μετρολογία» στο Διατμηματικό ΠΜΣ Νανοεπιστήμες & Νανοτεχνολογία και στο ΠΜΣ Φυσική & Τεχνολογία Υλικών του Τμήματος Φυσικής.

Τα ερευνητικά ενδιαφέροντα των μελών του ΕΜΜΥ-ΑΠΘ εντάσσονται στο ευρύτερο επιστημονικό πεδίο της Φυσικής & Τεχνολογίας Υλικών με έμφαση στον Μαγνητισμό και καλύπτει ένα ευρύ φάσμα αντικειμένων:

  • Μαγνητικές και ηλεκτρικές ιδιότητες της ύλης
  • Θεωρητική μελέτη και προσομοίωση της μαγνητικής συμπεριφοράς της ύλης
  • Μαγνητικά υλικά για εφαρμογές μονίμων μαγνητών
  • Μαγνητικές νανοδομές: σύνθεση, δομή, φυσικές ιδιότητες, τεχνολογική αξιοποίηση
  • Βιοϊατρικές εφαρμογές μαγνητικών νανοσωματιδίων - Μαγνητική Υπερθερμία για την αντιμετώπιση του καρκίνου
  • Ιοντικοί αγωγοί για εφαρμογές συσσωρευτών Li

Ο βασικός ερευνητικός εξοπλισμός του ΕΜΜΥ-ΑΠΘ περιλαμβάνει:

  • Μαγνητόμετρο δονουμένου δείγματος (VSM)
  • Διάταξη Φασματοσκοπίας Moessbauer 57Co
  • Διάταξη Φασματοσκοπίας Σύνθετης Αντίστασης
  • Διάταξη Μαγνητικής Υπερθερμίας
  • Διατάξεις σύνθεσης και κατεργασίας υλικών (φούρνοι, ζυγος ακριβείας, σφαιρόμυλος, αντλίες κενού, πρέσα

ΦΕΚ Ίδρυσης: 2112/Β/05-06-2019
Τηλέφωνο Επικοινωνίας: 2310998065
Email: kge ΑΤ auth.gr

Ιστοχώρος

ΔΙΕΥΘΥΝΤΗΣ
Ευθυμιάδης Κωνσταντίνος
ΜΕΛΗ
ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ

Η ομάδα ασχολείται με τη μελέτη των φάσεων, της μικροδομής και της μορφολογίας μαγνητικών υλικών με ιδιαίτερο τεχνολογικό ενδιαφέρον εστιάζοντας στη συσχέτιση δομικών και ηλεκτρονικών ιδιότητων σε συμπαγή υλικά αλλά και και σε μαγνητικές νανοδομές. Οι δραστηριότητες συνοψίζονται ως εξής:

Α). Aνάπτυξη - σύνθεση μαγνητικών υλικών τεχνολογικού ενδιαφέροντος .
Β). Aνάλυση και χαρακτηρισμός της μικροδομής των υλικών σε μικροσκοπικό, νανοσκοπικό και ατομικό επίπεδο.
Γ). Mαγνητικός χαρακτηρισμός των υλικών.
Δ). Θερμική, μηχανική και μαγνητική κατεργασία των υλικών για τη βελτιστοποίηση των μαγνητικών τους ιδιοτήτων.
E). Θεωρητική μελέτη και προσομοίωση της μαγνητικής συμπεριφοράς των υλικών.

•Εξοπλισμός:
-Σύστημα ανάπτυξης λεπτών και πολυστρωματικών υμενίων υπερυψηλού κενού με την τεχνική της εξάτμισης με δέσμη ηλεκτρονίων (Varian VT 114B) με τρεις πηγές υλικών.
-Διάταξη παρασκευής μονοκρυστάλλων με τη μέθοδο Czochralski - Bridgeman.
-Επαγωγικός φούρνος για τη χύτευση μετάλλων και την παρασκευή κραμάτων.
- Μαγνητόμετρο Δονούμενου Δείγματος - VSM για λεπτά υμένια (77-300 K, 0-1.2 T).
-Μαγνητόμετρο Δονούμενου Δείγματος - VSM (77 – 1300 K, 0 – 2 T).
-Φασματόμετρο Moessbauer 57Fe (77 – 300 K).

ΕΡΕΥΝΗΤΕΣ

Το Εργαστήριο Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας (ΕΗΜ) του Τμήματος Φυσικής ξεκίνησε τη λειτουργία του το 1963. Βρίσκεται στην δυτική πτέρυγα της Σχολής Θετικών Επιστημών και ανήκει στον Τομέα Φυσικής Στερεάς Κατάστασης. Σήμερα, στις ερευνητικές δραστηριότητες του εργαστηριού, απασχολούνται 7 μέλη ΔΕΠ ενώ 2 άτομα απασχολούνται στην τεχνική υποστήριξή του. Στο εργαστήριο εκπονούνται διδακτορικές διατριβές, μεταπτυχιακές διπλωματικές εργασίες και φιλοξενούνται ξένοι ερευνητές από προγράμματα Marie Curie. Αποστολή του εργαστηρίου είναι να παρέχει στα μέλη ΔΕΠ τον απαραίτητο εξοπλισμό για το δομικό χαρακτηρισμό των υλικών, σε μικρο- και νάνο- κλίμακα, καθώς και υπηρεσίες που σχετίζονται με την ηλεκτρονική μικροσκοπία. Ο ρόλος του είναι επιπλέον εκπαιδευτικός και συμβουλευτικός. Η ερευνητική δραστηριότητα των μελών ΔΕΠ επικεντρώνεται στη μελέτη δομικών ατελειών και ιδιοτήτων, με τις τεχνικές της Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας, μιας μεγάλης ποικιλίας διαφορετικών υλικών όπως ημιαγωγικά υλικά, λεπτά υμένια, νανο-ετεροδομές, φυσικά ή τεχνητά υλικά σε μορφή σκόνης, κεραμικά, πολυμερή, μέταλλα και μεταλλικές επικαλύψεις. Ειδικότερα περιλαμβάνει σήμερα τους εξής τομείς δραστηριότητας:
• Μελέτη και δομικός χαρακτηρισμός υλικών (μέταλλα, ημιαγωγοί, κεραμικά, πολυμερή, μικτοί κρύσταλλοι και προηγμένα υλικά τεχνολογίας) με μεθόδους της συμβατικής Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας (CTEM), και της Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας Υψηλής Διακριτικής Ικανότητας (HRTEM).
• Μελέτη νανοδομών και δομικών ατελειών διαμορφωμένων δομών και πολυτυπικών μετασχηματισμών με ηλεκτρονική μικροσκοπία υψηλής διακριτικής ικανότητας (HRTEM) σε στερεά αναπτυγμένα σε τρεις (bulk) και σε δύο (thin films) διαστάσεις.
• Εντοπισμένος κρυσταλλογραφικός και τοπολογικός χαρακτηρισμός φάσεων, διεπιφανειών, συμμετριών, προσανατολισμών, πολικότητας, γραμμικών, επίπεδων και άλλων εκτεταμένων ατελειών.
• Προσδιορισμός κρυσταλλικών δομών με μεθόδους Ηλεκτρονικής Κρυσταλλογραφίας.
• Προσδιορισμός με υψηλή ακρίβεια πεδίων παραμόρφωσης στη νανοκλίμακα.
• Μελέτη των δομικών και χημικών ιδιοτήτων των ομοφασικών και ετεροφασικών διεπιφανειών των υλικών μέχρι την ατομική κλίμακα.
• Μελέτη νανο-ετεροδομών όπως κβαντικά φρέατα, κβαντικές τελείες, νανοσύρματα, κλπ.
• Μελέτη νανο-μηχανισμών αλληλεπίδρασης ατελειών, διεπιφανειών, πεδίων, και κινητικής της ανάπτυξης των υλικών.
• Ανάπτυξη και χαρακτηρισμός προηγμένων υλικών τεχνολογίας με τη μέθοδο της μηχανοσύνθεσης.
• Μελέτη μετατροπών φάσεως και κρυστάλλωση άμορφων υλικών. Μελέτη των θερμικών ιδιοτήτων υλικών.
• Ανάπτυξη ολοκληρωμένων μοντέλων των δομών, των διεπιφανειών και των ατελειών των υλικών διαμέσου της προσομοίωσης των πειραματικών παρατηρήσεων CTEM και HRTEM με μεθόδους μοριακής δυναμικής, πρώτων αρχών (ab initio), και Monte-Carlo.
• Ανάπτυξη και βελτιστοποίηση μεθόδων και πακέτων λογισμικού ποσοτικής HRTEM (quantitative HRTEM – qHRTEM) όπως η μέθοδος προσδιορισμού μεγίστων έντασης.
•Προσομοίωση με ηλεκτρονικό υπολογιστή εικόνων περιθλάσεως ηλεκτρονίων, εικόνων CTEM και HRTEM. Ανάπτυξη λογισμικού για την αποτίμηση χαρακτηριστικών εικόνων περιθλάσεως ηλεκτρονίων και τον δομικό χαρακτηρισμό των υλικών. Aνάπτυξη λογισμικού για την επεξεργασία και βελτιστοποίηση εικόνων ηλεκτρονικής μικροσκοπίας.
• Μελέτη μορφολογικών χαρακτηριστικών των επιφανειών υλικών με μικροσκοπία ατομικών δυνάμεων (AFM).
• Διαμέσου συνεργασιών με μεγάλα κέντρα Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας του εξωτερικού:
- Δισδιάστατη απεικόνιση χημικής σύστασης στη νανοκλίμακα
- Xημική απεικόνιση ατομικών δομών
- Ποσοτικός προσδιορισμός χημικής σύστασης στη νανοκλίμακα
- Προσδιορισμός προφίλ συγκέντρωσης κατά μήκος των διεπιφανειών
- Ανάλυση χημικών δεσμών

Εξοπλισμός
Σήμερα το Εργαστήριο διαθέτει τoν απαραίτητο και σύγχρονο εξοπλισμό για τον ακριβή χαρακτηρισμό της στερεάς ύλης με μεθόδους ηλεκτρονικής μικροσκοπίας διέλευσης (HRTEM, CTEM), καθώς και τις τελευταίου τύπου διατάξεις για την προετοιμασία δειγμάτων ΤΕΜ, όπως:
• Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο Διέλευσης Υψηλής Ανάλυσης JEOL 2011 (200KV), με διακριτική ικανότητα 0.194 nm, (έτος κτήσης 2001), εξοπλισμένο με:
i. Σύστημα CCD κάμερας KeenView.
ii. Διάταξη Μετάπτωσης Ηλεκτρονικής Δέσμης SPININGSTAR P020.
• Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο Διέλευσης Υψηλής Ανάλυσης JEOL 2000FX (200KV), με διακριτική ικανότητα 0.28 nm, (έτος κτήσης 1992).
• Συμβατικό Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο Διέλευσης JEOL 1010 (100 KV) με διακριτική ικανότητα καλύτερη από 0.5 nm και υποδοχείς δείγματος με δυνατότητα ψύξης, θέρμανσης και εφελκυσμού (έτος κτήσης 1978).
• Μικροσκόπιο Ατομικών Δυνάμεων (AFM) Explorer 2000 Truemetrix Topometrix, δύο σαρωτών των 100 μm x 100 μm, 2.5 μm x 2.5 μm και υγρό σαρωτή των 2.5 μm x 2.5 μm με ανάλυση μερικών nm.
• Διατάξεις τελικής λείανσης με δέσμη ιόντων Ar+: Edwards (model IBMA2), MTA-MFKI και TECHNOORG LINDA με δυνατότητα χρήσης υγρού αζώτου για ψύξη.
• Διάταξη τελικής λείανσης ακριβείας με δέσμη ιόντων Ar+, PIPS Gatan (model 691).
• Περιστρεφόμενη τράπεζα μηχανικής λείανσης υψηλής ροπής στρέψης για μικρομετρικό τρίποδα, South Bay Technology (model 910).
• Ημι-αυτοματοποιημένη περιστρεφόμενη τράπεζα μηχανικής λείανσης με βραχίονα ακριβείας, Allied Multiprep.
• Διάταξη εκβάθυνσης μηχανικά λειασμένων δειγμάτων (dimpler), South Bay Technology (model 515).
• Συσκευές ηλεκτρολείανσης Struers (Tenupol-2, Tenupol-3).
• Πλήρη φωτογραφικό θάλαμο.
• Εξειδικευμένο λογισμικό επεξεργασίας και προσομοίωσης εικόνων ηλεκτρονικής μικροσκοπίας υψηλής ανάλυσης.

ΕΡΕΥΝΗΤΕΣ

Μελέτη της νανοδομής (αποστάσεις πλησιεστέρων γειτόνων, αριθμός συναρμογής, γωνίες δεσμών) και των οπτικών ιδιοτήτων (πυκνότητα μη κατειλημμένων καταστάσεων) υλικών στην περιοχή των μαλακών και σκληρών ακτίνων Χ με τις φασματοσκοπίες απορρόφησης ακτίνων Χ EXAFS & NEXAFS.

Στοιχειακή χαρτογράφηση με τη χρήση της φασματοσκοπίας φθορισμού ακτίνων Χ (XRF mapping) και XAFS με μεγάλη χωρική διακριτική ικανότητα (micro - XAFS)

Η δραστηριότητα καλύπτει τη μελέτη:
i) ενώσεων του Si (με έμφαση στο SiNx)
ii) νιτριδίων της ομάδας ΙΙΙ του περιοδικού πίνακα (GaN, AlN, InN και κραμάτων τους)
iii) υαλοποιημένων στερεών βιομηχανικών αποβλήτων (περισσότερες πληροφορίες για τα δείγματα στη σελίδα του ΔΙΣΤΕΒΑ http://web.auth.gr/wfenv-net
iv) βιολογικών δειγμάτων για τον προσδιορισμό της περιεκτικότητάς τους σε ιχνοστοιχεία

Επίσης, πραγματοποιούνται μετρήσεις μη ελαστικής σκέδασης ακτίνων Χ (και εναλλακτικά νετρονίων) για την μελέτη των καμπύλων διασποράς και της πυκνότητας καταστάσεων κρυσταλλικών υλικών.

Οι πειραματικές μετρήσεις γίνονται σε εργαστήρια ακτινοβολίας Σύγχροτρον
BESSY http://www.hasylab.de,
HASYLAB http://www.bessy.de,
ELETTRA http://www.elettra.trieste.it,
ESRF http://www.esrf.fr.

ΕΡΕΥΝΗΤΕΣ

© 2018 ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ, ΑΠΘ.