ΤΟΜΕΑΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΣΤΕΡΕΑΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ

ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ ΤΟΜΕΑ

Οι ερευνητικές δραστηριότητες της ομάδας αυτής (Εργαστήριο Λεπτών Υμενίων- Νανοσυστημάτων & Νανομετρολογίας (LTFN) αφορούν:

  1. Ανάπτυξη Εύκαμπτων και Εκτυπωμένων Ηλεκτρονικών Διατάξεων για εφαρμογές στην Ενέργεια, Φωτισμό, Ιατρική, κλπ
  2. Ανάπτυξη και μελέτη των νανουλικών και των λεπτών και υπέρλεπτων υμενίων (thin films) πάνω σε επίπεδα και τρισδιάστατα υποστρώματα με τεχνικές Φυσικής Εναπόθεσης Ατμών (Physical Vapor Deposition- PVD)
  3. Επιφανειακή κατεργασία ανόργανων και οργανικών υλικών με την χρήση ιοντικών δεσμών και πλάσματος
  4. Μελέτη των οπτικών και ηλεκτρονικών, δομικών και νανομηχανικών ιδιοτήτων λεπτών και υπέρλεπτων υμενίων αλλά και υλικών όγκου (bulk) με state of the art τεχνικές (όπως Φασματοσκοπική Ελλειψομετρία, Περίθλαση & Ανάκλαση Ακτίνων Χ, Μικροσκοπία Ατομικών Δυνάμεων και Νανοσκληρομέτρηση)
  5. Ανάπτυξη in-situ και real-time οπτικών μεθόδων παρακολούθησης των ατομικών διεργασιών και αλληλεπιδράσεων που λαμβάνουν χώρα κατά την ανάπτυξη των υμενίων ή την τροποποίηση και ενεργοποίηση των επιφανειών.

Σκοπός των δραστηριοτήτων αυτών είναι η ανάπτυξη της έρευνας τόσο σε βασικό επίπεδο (κατανόηση των μηχανισμών ανάπτυξης λεπτών υμενίων σε ατομικό επίπεδο, συσχέτιση της δομής των λεπτών υμενίων και νανοδομών με τις οπτικές – ηλεκτρονικές-μηχανικές ιδιότητες, υπολογιστικές μέθοδοι και τεχνικές) όσο και επίπεδο εφαρμογής.
Στις εφαρμογές συμπεριλαμβάνονται νέα προηγμένα υλικά για την μικροηλεκτρονική, τις εύκαμπτες ηλεκτρονικές συσκευές, τα φωτοβολταϊκά, τις νανοεπικαλύψεις φραγμού αερίων σε εύκαμπτες συσκευασίες, τους αισθητήρες υδρογόνου και βιοαισθητήρες, επικαλύψεις για ιατρικά μοσχεύματα και βιοσυμβατά υλικά κα.
 
ΕΡΕΥΝΗΤΕΣ

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

Οι κβαντικές τελείες και τα σύρματα μελετώνται πολύ τελευταία λόγω των ιδιαίτερων ηλεκτρικών και οπτικών ιδιοτήτων.
Η παρασκευή και η μελέτη των ιδιοτήτων τους παρουσιάζει μεγάλες δυσκολίες.
Η ερευνητική δραστηριότητα της ομάδας σε αυτή την περιοχή περιλαμβάνει: την κατασκευή ατομιστικών προτύπων, τον προσδιορισμό των θέσεων ισορροπίας των ατόμων με μεθόδους προσομοίωσης, τον υπολογισμό των ηλεκτρονικών καταστάσεων, και των οπτικών ιδιοτήτων.
Μελετώνται διάφορα σχήματα και μεγέθη κβαντικών τελειών για να ανιχνευτούν κανονικότητες. Για τα κβαντικά σύρματα μελετώνται η ηλεκτρική αγωγή σε σχέση με το σχήμα του σύρματος, της παρουσίας προσμίξεων και εξωτερικού μαγνητικού πεδίου.
Οι προσμίξεις μπορούν να εισαγάγουν συντονισμούς τύπου Fano, ο έλεγχος των οποίων μπορεί να έχει εφαρμογές στην ηλεκτρονική.

ΕΡΕΥΝΗΤΕΣ

• Ερευνητικές Δραστηριότητες:

- Γνωστική μελέτη της διδασκαλίας της Φυσικής.
-Ανάπτυξη διδακτικών μέσων κλασσικής και προηγμένης τεχνολογίας.
-Ανάπτυξη ολοκληρωμένων μαθησιακών συστημάτων Διδακτικής δράσης και ανάδρασης.

•Υλικοτεχνική υποδομή:
1. Kλειστό κύκλωμα τηλεόρασης με δυνατότητα μείξης εικόνων και ήχου σε ψηφιακή μορφή (DVD), 4 κάμερες SONY, ZOOM 6x, κονσόλα μείξης εικόνων, Βίντεο U'matic 3/4 250 lines.
2. Φορητό βίντεο, κάμερα και δέκτης JV-VHS 250 lines, κάμερα JVC KY-610, f = 1.4, ZOOM 10x, έγχρωμα.
3. Τηλεόραση έγχρωμη (στέρεο 46").
4. Φορητοί μίκτες ήχου (4 & 6 καναλιών) μικρόφωνα χώρου και κατευθυντικά.
5. Πειραματικές διατάξεις επίδειξης (Μηχανική, Ηλεκτρισμός, Μαγνητισμός, Ρευστά).
6. Μηχανές προβολής κινητών και ακίνητων εικόνων.
7. Βιβλιοθήκη κασετών VHS και DVDμε πειράματα Φυσικής και βιιντεο-κασετών με μαγνητοσκοπημένες διδασκαλίες.
8. Πειραματικές διατάξεις συγχρονικής καταγραφής(on-line) και προβολής διδακτικών δραστηριοτήτων.

ΕΡΕΥΝΗΤΕΣ

Ερευνητικές Δραστηριότητες:

•Τρανζίστορ λεπτών υμενίων πολυ-νανο-κρυσταλλικού Si
•Nανοτρανζίστορ MOSFET πολλαπλών πυλών
•Νανομετρικές διατάξεις κβαντικών τελειών στο GaAs και στο Si
•Θόρυβος χαμηλών συχνοτήτων σε διατάξεις ημιαγωγών
•Φαινόμενα αξιοπιστίας και θερμών φορέων σε διατάξεις CMOS
•Προσομοίωση τρανζίστορ MOSFET με το πρόγραμμα Silvaco (ATLAS)
•Συμπαγή μοντέλα ρεύματος απαγωγού και θορύβου χαμηλών συχνοτήτων σε TFTs και νανο-MOSFET πολλαπλών πυλών

ΕΡΕΥΝΗΤΕΣ

Ο χαρακτηρισμός αφορά και περιγράφει τις Ηλεκτρικές Ιδιότητες Υλικών και Αγώγιμων Συστημάτων ως τμήμα των γενικότερων Ιδιοτήτων Μεταφοράς των στερεών υλικών.
Η ομάδα εξειδικεύεται στην μελέτη της ηλεκτρικής συμπεριφοράς και ερμηνείας των υλικών υπό συνεχή – ελεγχόμενα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία με παραμέτρους την θερμοκρασία (10 – 300 K), το μαγνητικό πεδίο (1.4 Τ), τη σύνθεση και την δομή των υλικών καθώς και την γεωμετρική και τοπογραφική μορφολογία των δειγμάτων και των ηλεκτρικών επαφών τους.
Ειδικότερα, h εφαρμογή εντοπίζεται στη συγχρονική μελέτη των φαινομένων Ηλεκτρικής Αγωγιμότητας, φαινομένου Hall και Μαγνητοαντίστασης βάσει των μεθοδολογιών Van der Pauw και Wascher.
Η εμπειρία της ομάδας εντοπίζεται σε ημιαγωγούς, μέταλλα, ημιμέταλλα καθώς και σε πρόσφορα πρότυπα για διερεύνηση και επέκταση των μεθοδολογιών μέτρησης που χρησιμοποιούνται σε ανομοιογενή και ανισότροπα υλικά.

ΕΡΕΥΝΗΤΕΣ

Το εργαστήριο Θερμικής ανάλυσης υλικών ασχολείται με:

• Θερμικό χαρακτηρισμό υλικών από –150 έως 1750 oC. Τα υλικά αυτά καλύπτουν ένα ευρύτατο φάσμα, όπως: μαγνητικά υλικά, ημιαγωγοί, ορυκτά, βιοενεργά υλικά, κεραμικά, κ.α.

• Μελέτη της κρυστάλλωσης άμορφων υλικών
• Κινητική μελέτη των μετατροπών φάσης και αποσύνθεσης των υλικών.
Ιδιαίτερα δε με:
•Θερμικό χαρακτηρισμό πολυμερών – βιοαποικοδομήσιμων πολυμερών – νανοσύνθετων πολυμερών. Μελέτη της κινητικής της διαδικασίας κρυστάλλωσης των υλικών αυτών. Προσδιορισμό της θερμικής σταθερότητας αυτών και μελέτη της κινητικής της θερμικής τους διάσπασης.
•Μελέτη της διαδικασίας οξείδωσης μετάλλων, μεταλλικών κραμάτων και διάφορων επικαλύψεων σε υψηλές θερμοκρασίες. Κινητική μελέτη της οξείδωσης. Παρασκευή και χαρακτηρισμός επικαλύψεων με τη βοήθεια on-line μετρήσεων σε σύστημα Διαφορικής Καλοριμετρίας Σάρωσης.
Το εργαστήριο Θερμικής Ανάλυσης διαθέτει:
1.Διάταξη Θερμικής Καλοριμετρίας Σάρωσης (DSC), SETARAM-DSC 141, η οποία καλύπτει την περιοχή θερμοκρασιών από -150 oC έως 550 oC
2.Διάταξη Θερμοσταθμικής Ανάλυσης (TGA), SETARAM SetSys 16/18 TG-DTA, η οποία καλύπτει την περιοχή από θερμοκρασία περιβάλλοντος έως τους 1750 oC.

ΕΡΕΥΝΗΤΕΣ

Δραστηριότητες:

  • Δυναμική και κινηματική φαινομένων σε άτακτα συστήματα της συμπυκνωμένης ύλης και σε φράκταλς.
  • Δυναμική νευρωνικών δικτύων και μετάδοση σήματος.
  • Υπολογισμός ηλεκτρονικών και οπτικών ιδιοτήτων παραδοσιακών και νέων ημιαγωγικών υλικών με τεχνολογικές εφαρμογές.
  • Μελέτη διεπιφανειών (συμμετρία, ενεργειακές και δομικές ιδιότητες) σε πολυκρυσταλλικά υλικά με βάση το πρότυπο του πλέγματος.
  • Μελέτη τριπλών συμφύσεων κρυσταλλιτών σε πολυκρυσταλλικά υλικά.
  • Yπολογισμός ηλεκτρονικών και δυναμικών ιδιοτήτων σε κρυστάλλους, άμορφα υλικά και υπερδομές.
  • Ιδιότητες, μεταφορά και διάχυση σε ιοντικούς κρυστάλλους και σε μη ομογενή στερεά, κρίσιμα φαινόμενα.
  • Δυναμική πλέγματος κρυσταλλικών υλικών (3D και 2D) με τη χρήση φαινομενολογικών δυναμικών και μεθόδων από πρώτες αρχές. Εφαρμογή της θεωρίας ομάδων στην ερμηνεία φασμάτων Raman και υπερύθρου.
  • Μαθηματικά πρότυπα διάχυσης, τυχαίες διαδρομές, κινητικά και δυναμικά φαινόμενα σε περίπλοκα συστήματα (complex systems), συστήματα χαμηλών διαστάσεων, fractals, φαινόμενα παγίδευσης.
  • Εφαρμογές μεθόδων Στατιστικής Φυσικής σε δυναμικά προβλήματα όπως προβλήματα δυναμικής απορρόφησης φαρμάκων, νευρωνικά δίκτυα, δίκτυα, φαινόμενα εξάπλωσης (spreadint phenomena), κινητική πληθωρισμών, οικονομική φυσική κλπ.

Εξοπλισμός:

Νησίδα ηλεκτρονικών υπολογιστών παράλληλης επεξεργασίας. Αποτελείται από 32 Η/Υ βασισμένους σε αρχιτεκτονική Intel Core 2 Duo με 64 επεξεργαστές, συνολική μνήμη RAM 128 Gb, αποθηκευτικό χώρο 6.7 Tb με λειτουργικό σύστημα Scientific Linux.

ΕΡΕΥΝΗΤΕΣ

Μια μπαταρία οφείλει να μεταφέρει ικανό φορτίο, σημαίνει ότι τα υλικά των ηλεκτροδίων διαθέτουν το σύνολο του όγκου τους. Επιπλέον, η μικτή αγωγιμότητα των υλικών των ηλεκτροδίων όπως και η καθαρά ιονική αγωγιμότητα του ηλεκτρολύτη πρέπει να έχουν υψηλές τιμές καθ' όλην τη διάρκεια λειτουργίας της μπαταρίας.
Δραστηριότητες:
A. Παρασκευή καθοδικών, ανοδικών και ηλεκτρολυτικών υλικών είτε σε μορφή κόνεων ή σε λεπτά υμένια.
B. Μελέτη των δομικών ιδιοτήτων των υλικών αυτών
Γ. Μελέτη των ηλεκτρικών ιδιοτήτων τους.
Δ. Κατασκευή συσσωρευτών και μικροσυσσωρευτών ιόντων λιθίου.
Ε. Μελέτη των συσσωρευτών με μετρήσεις φόρτισης-εκφόρτισης, χωρητικότητας φορτίου και σταθερότητάς τους με τον αριθμό κύκλων φόρτισης-εκφόρτισης.

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

Ερευνητικά Ενδιαφέροντα:

1) Τα φαινόμενα “Speckle”: Τα οποία αφορούν τις ιδιότητες (από στατιστική άποψη) του φωτός (συμφωνία και μερική συμφωνία) και τη στατιστική των επιφανειών στις οποίες ανακλάται ή διαθλάται. Οι εργασίες μας εδώ αφορούν προβλήματα συμβολομετρίας “Speckle” και οπτικής επεξεργασίας πληροφοριών με φορείς τους “κόκκους” του “Speckle”.
2) Eπεξεργασία οπτικών πληροφοριών: Η οποία βασίζεται σε μια γενικευμένη άποψη της βαθμωτής θεωρίας της περίθλασης του φωτός της κλασσικής οπτικής. Πρόκειται για τη λεγόμενη Οπτική Fourier. Οι εργασίες μας εδώ αφορούν κυρίως την ανάδειξη μεθόδων παρατήρησης αντικειμένων φάσης (δηλ. διαφανών υλικών με μεταβλητό δείκτη διάθλασης).
3) Φωτοδιαθλαστικοί κρύσταλλοι: Στους κρυστάλλους αυτούς είναι δυνατόν να εγγραφούν φράγματα φάσης. Τα τελευταία αποτελούν φορείς καταγραφής, αποθήκευσης και επεξεργασίας οπτικών πληροφοριών. Σε ειδικές τομές αυτών των κρυστάλλων καταγράφονται φράγματα συναρτήσει του προσανατολισμού του διανύσματος φράγματος και της υψηλής τάσης που εφαρμόζεται στα άκρα τους. Με πρόσπτωση στο φράγμα κατάλληλης δέσμης φωτός, αναπαράγεται μέσω περίθλασης η καταγραμμένη πληροφορία. Μελετούμε την περιθλαστική ικανότητα των φραγμάτων και τις πολωτικές ιδιότητες της περιθλώμενης δέσμης, συναρτήσει της κατάστασης πόλωσης της προσπίπτουσας, καθώς και άλλες ιδιότητες των φραγμάτων φάσης.
4) Μετρήσεις των συντελεστών διαφόρων φυσικών ιδιοτήτων των κρυστάλλων: Εδώ ασχολούμαστε με κρύσταλλους που είναι Οπτικά ενεργοί Ηλεκτροοπτικοί (Pockel effect), Φωτοελαστικοί (μέσω του αντιστρόφου πιεζοηλεκτρικού φαινομένου), Ηλεκτροστροφικοί, εμφανίζουν Ηλεκτροοπτικό φαινόμενο δεύτερης τάξης (Kerr effect) κ.ά. Με τη βοήθεια ειδικών διατάξεων μετρούμε: Τον διασκεδασμό (συναρτήσει του μήκους κύματος) για την ορατή περιοχή του Η/Μ φάσματος: α) Των δείκτων διάθλασης, β) Της οπτικής ενεργότητας, γ) Τους ηλεκτροοπτικούς και δ) Τους ηλεκτροστροφικούς συντελεστές τους.
Υλικοτεχνική υποδομή
1) Οπτικές τράπεζες και μηχανικά συστήματα ελεγχόμενα από Η/Υ.
2) Οπτικά εξαρτήματα και συστήματα.
3) Πηγές φωτός και Lasers.
4) Ηλεκτρονικά συστήματα (Παλμογράφοι, τροφοδοτικά κλπ).
5) Μονοχρωμάτορες, φασματογράφοι.
6) Πλήρης σειρά μικροσκοπίων.
7) Περιθλασίμετρα, συμβολόμετρα και άλλα οπτικά όργανα.

ΕΡΕΥΝΗΤΕΣ

Στην ομάδα μας της υπολογιστικής φυσικής ειδικευόμαστε στη μελέτη πολύπλοκων συστημάτων με χρήση ηλεκτρονικών υπολογιστών και προσομοιώσεων μεγάλης κλίμακας.
Ξεκινώντας από τη Φυσική της συμπυκνωμένης ύλης, υπάρχουν πάρα πολλά δυναμικά φαινόμενα που παρουσιάζουν μεγάλο τεχνολογικό ενδιαφέρον, αρχικά με εφαρμογή στα υλικά.
Ένα τέτοιο παράδειγμα είναι το φαινόμενο της διάχυσης. Όταν το υλικό που μελετάμε δεν είναι καθαρό αλλά έχει προσμίξεις τότε οι νόμοι διάχυσης αλλάζουν και είναι πιο περίπλοκοι. Μελετάμε υλικά με μορφοκλασματική μορφή (Fractal) που είναι ένα πολύ καλό τέτοιο παράδειγμα. Ακολούθως, παρατηρούμε ότι οι τεχνικές μας μπορούν να επεκταθούν και σε άλλα συστήματα, τελείως διαφορετικά από τα παραπάνω. Παραδείγματα αποτελούν η διάχυση φαρμάκων σε συνθήκες in vivo, η δημιουργία και μελέτη νευρωνικών δικτύων, και κατ' επέκταση δικτύων της μορφής του Internet, ή ακόμα και η δυναμική σε κοινωνικά δίκτυα . Αυτό οδηγεί σε προβλήματα διάδοσης πληροφορίας σε σύνθετες δομές, όπως είναι η εξέλιξη της ανθρώπινης γλώσσας, και άλλα ενδιαφέροντα προβλήματα.

•Εξοπλισμός:
Νησίδα ηλεκτρονικών υπολογιστών παράλληλης επεξεργασίας. Αποτελείται από 32 Η/Υ βασισμένους σε αρχιτεκτονική Intel Core 2 Duo με 64 επεξεργαστές, συνολική μνήμη RAM 128 Gb, αποθηκευτικό χώρο 6.7 Tb με λειτουργικό σύστημα Scientific Linux.

ΕΡΕΥΝΗΤΕΣ

Με τη χρήση φασματοσκοπικών τεχνικών (Raman, IR, Απορρόφησης, Φωτοφωταύγειας) και τη συνέργεια θεωρητικών υπολογισμών (φαινομενολογικά πρότυπα, μέθοδοι από πρώτες αρχές, εφαρμογή της θεωρίας διακριτών ομάδων) μελετώνται οι οπτικές ιδιότητες πληθώρας υλικών όπως (ημιαγωγοί, φουλερένια, νανοσωλήνες, γρανάτες, χαμηλοδιάστατα υλικά κ.α.) και μέσω αυτών αφ΄ ενός μεν χαρακτηρίζονται τα εν λόγω υλικά (ταυτοποίηση, διάφορες φάσεις, κρυσταλλικότητα, ύπαρξη μηχανικών τάσεων, χημική τροποποίηση, ηλεκτρονική νόθευση κ.α.), αφετέρου δε μελετώνται διάφορα φυσικά φαινόμενα (αλληλεπίδραση ηλεκτρονίων-φωνονίων, ανωμαλίες Kohn, μελέτη αλληλεπιδράσεων αμέσου γειτονίας κ.λ.π.).

Επίσης, η επίδραση εξωτερικών παραμέτρων (θερμοκρασία, μονοαξονική και διαξονική μηχανική παραμόρφωση ή τάση, υδροστατική πίεση, ηλεκτροχημική νόθευση) μεταβάλει δραστικά τις οπτικές ιδιότητες και συνεπώς η μελέτη των οπτικών ιδιοτήτων, εκτός της εμβάθυνσης στην κατανόηση αυτών καθ΄ εαυτών των φυσικών φαινομένων, επιτρέπει τη σπουδή των περιοχών δομικής ευστάθειας των υλικών ως επίσης και των επαγομένων από την πίεση δομικών ή ηλεκτρονικών μεταβολών φάσεως.

  • Ενδεικτικές δραστηριότητες:
    1. Μελέτη των οπτικών ιδιοτήτων σε κανονικές συνθήκες, υπό υψηλές πιέσεις και ως συνάρτηση της θερμοκρασίας υλικών όπως ημιαγωγοί (ΙΙΙ-V, II-VI), φουλερένια και παράγωγά τους, χημικά τροποποιημένοι νανοσωλήνες άνθρακα και ενώσεις της δομής Scheelite (ABO4, Α = Ca, Sr, Ba και B = W, Mo).
    2. Μελέτη των οπτικών ιδιοτήτων δισδιάστατων υλικών όπως γραφένια (μονοστρωματικά ή πολυστρωματικά), BN, διχαλκογενίδια μετάλλων μετάπτωσης (MoS2, WS2, Mo1-xWxS2, MoSe2) συναρτήσει της αλληλεπίδρασης τους με διάφορα υποστρώματα, φυσικής ή ηλεκτροχημικής ηλεκτρονικής νόθευσης, μηχανικής παραμόρφωσης και υδροστατικής πίεσης.
    3. Μελέτη με φασματοσκοπία Raman των νιτριδίων της ομάδας ΙΙΙ του περιοδικού πίνακα (AlN, GaN, InN) και των κραμάτων τους: επίδραση στο πλέγμα της εμφύτευσης ιόντων και της εισαγωγής προσμίξεων (doping) καθώς και των τάσεων που επάγονται από την επιταξιακή ανάπτυξη.
    4. Μελέτη της δυναμικής πλέγματος γρανατών του αργιλίου, γαλλίου και στερεών διαλυμάτων αυτών (RE3Al5O12 και RE3Ga5O12, όπου RE σπάνια γαία).
  • Εξοπλισμός:
    1. Διάταξη Raman και φωταύγειας DILOR ΧΥ αποτελούμενη από δύο συζευγμένους μονοχρωμάτορες και ένα φασματογράφο εστιακής απόστασης 500 mm εφοδιασμένων με φράγματα περίθλασης των 1800 γραμμών/mm. Η ανίχνευση του φωτός πραγματοποιείται με κρυογενικό ανιχνευτή CCD με ενσωματωμένο dewar υγρού αζώτου.
    2. Φασματόμετρο Raman RAMALOG 5, τριπλού μονοχρωμάτορα με φωτοπολλαπλασιαστή GaAs ψυχώμενο από συστημα ψύξης Peltier, που καλύπτει την περιοχή 12.000-28.000 cm-1 (8500 - 3500 Å), πλήρως αυτοματοποιημένο και ελεγχόμενο από υπολογιστή.
    3. Δυο Lasers Ar+ της Spectra Physics 2W.
    4. Laser Kr της Lexel 1.5 W.
    5. Ένας κρυοστάτης με την αντίστοιχη αντλία διαχύσεως της Cryogenic έως 20 Κ.
    6. Κυψελίδες άκμονος διαμαντιού υψηλής πίεσης τύπου μεμβράνης, μικροδιατάξεις εφαρμογής μηχανικής παραμόρφωσης (μονοαξονική, διαξονική).

 

ΕΡΕΥΝΗΤΕΣ

Χρήση των μεθόδων της Φασματοσκοπίας FTIR - UV/VIS σε συνδυασμό με τις μεθόδους της Θερμικής Ανάλυσης για τη μελέτη και την επίλυση προβλημάτων που συνδέονται τόσο με υλικά τεχνολογικού ενδιαφέροντος όσο και με φυσικά υλικά:

Α) Υλικά υψηλής τεχνολογίας:
Ημιαγωγοί στενού ενεργειακού χάσματος, Φυλλόμορφες ενώσεις, Υλικά για ανιχνευτές ακτίνων Χ και γ, Υλικά για αισθητήρες, Θερμοηλεκτρικά υλικά, Πολυμερή και ειδικότερα βιοαποικοδο-μήσιμα πολυμερή, Silicides, Υλικά με αλλαγή φάσης, κατάλληλα για Optical data storage κλπ.
Β) Βιουλικά (Biomaterials):
Σύνθεση και χαρακτηρισμός βιοενεργών υαλοκεραμικών. Παρασκευή σύνθετων υλικών με βιοενεργές ιδιότητες (ικριώματα-πολυμερή-κεραμικά), Μελέτη βιοενεργότητας (bioactivity) in vitro, Αλληλεπίδραση υλικών και κυττάρων.
Γ) Υλικά με αρχαιολογικό ενδιαφέρον και υλικά αντικειμένων πολιτιστικής κληρονομιάς (works of art, cultural heritage):
Συμβολή της επιστήμης των υλικών στη μελέτη και διάσωση της πολιτιστικής κληρονομιάς (τοιχογραφίες, φορητές εικόνες, κεραμικά κλπ)
Δ) Γεωλογικά δείγματα (minerals) και Πολύτιμοι λίθοι (gemstones):
Χαρακτηρισμός ορυκτών, Διάκριση φυσικών και τεχνητών πολύτιμων λίθων, Φυσικοί και τεχνητοί ζεόλιθοι, Οξείδια, ύαλοι οξειδίων, Υλικά διαχείρισης αποβλήτων.

Οι δραστηριότητες εκτελούνται στα πλαίσια ερευνητικών προγραμμάτων και σε συνεργασία με φορείς τόσο στην Ελλάδα όσο και στο εξωτερικό.

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

Οι AC ηλεκτρικές μετρήσεις απεικονίζουν τις κινήσεις των φορέων με ισοδύναμα στοιχεία που γνωρίζουμε από τα DC/AC ηλεκτρικά κυκλώματα και συσχετίζουν τις τιμές των στοιχείων του μοντέλου με τις παραμέτρους του τρόπου κίνησης των φορέων.
Αντίστροφα, οι παράμετροι κίνησης των φορέων κατανοούνται και βελτιστοποιούνται αλλάζοντας τις παραμέτρους μελέτης ή παρασκευής που αντιστοιχούν σε ένα μόνο στοιχείο του ισοδύναμου κυκλώματος.
•Φαινόμενα αρνητικής διαφορικής αντίστασης (NDR) σε ημιαγωγούς με μη γραμμική I-V χαρακτηριστική.
•Μελέτη χαοτικών ταλαντώσεων στην περιοχή NDR.
• Μελέτη χαοτικών φαινομένων σε μη γραμμικές ημιαγωγικές διατάξεις και ηλεκτρονικά κυκλώματα.

ΕΡΕΥΝΗΤΕΣ

© 2018 ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ, ΑΠΘ.