Prof. CzesProf. Czesłław aw RUDOWICZRUDOWICZ

Rola modelowania komputerowego w Rola modelowania komputerowego w badaniach materiałów metodami badaniach materiałów metodami

spektroskopowymi:spektroskopowymi:

Od Poznania przez Australię i Hong Kong do Szczecina

1990 - 2005 II 2005

Instytut Fizyki Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny

Email: crudowicz@zut.edu.pl

UAM, PoznańUAM, Poznań1970 - 78

NigeriaNigeria, , Uni. Port Uni. Port HarcourtHarcourt

1978 - 80

Niemcy, Uni. Niemcy, Uni. Erlangen-Erlangen-NurenbergNurenberg

1980 - 82CityU, CityU, Hong Hong KKongong

1990 - 2005

Podróże z fizykąPodróże z fizyką po świeciepo świecie

PS/ZUT,PS/ZUT, Szczecin,Szczecin, 2005

Australian National Australian National

University, CanberraUniversity, Canberra 1982 - 89

APESAPES1997

Publikacje w czasopismach:Publikacje w czasopismach: ((z Listy Filadelfijskiej)z Listy Filadelfijskiej):: ponadponad 170170 + ~10 przeglądowych + ~10 przeglądowych CityUCityU ~ ~ 90 ;90 ; PS/ZPS/ZUTUT ~ 40 ~ 40

ProfesorProfesor Wizytujący (+ wykłady) Wizytujący (+ wykłady):: Korea Univ. (1995), Korea Univ. (1995), Uniw. Uniw. JagielloJagiellońskiński (2002), (2002), Kobe Univ. (2003), Kobe Univ. (2003), Allahabad Univ. (2007)Allahabad Univ. (2007)ReRecenzent prac:cenzent prac: w w 33 33 czasopismach międzynarodowychczasopismach międzynarodowych

Członek Rad Redakcyjnych:Członek Rad Redakcyjnych:

ApplAppl. . Mag. ResMag. Res.., , PhysPhys.. B, B, IndInd.. J. J. PAP PAP

GrantGranty Badawczey Badawcze nna CityU:a CityU:

CERG (2); Strategic (6); CERG/SRG (3)

GrantGranty Badawczey Badawcze (KBN) n(KBN) na a PS/ZUTPS/ZUT:: własny (1), wspólny własny (1), wspólny [z prof. Karbowiak] (1), promotorski (1) (1), promotorski (1)

PrPrzzeewodniczącywodniczący, , PolPolskieskie Towarzystwo Towarzystwo EPR EPR ((IVIV 2007 2007 ))

CityU

ProfProf. . HonorHonorowyowy:: Baoji Univ. (V 2004) & CityU (XI 2004 – I 2008) ProfProf. Emerytowany. Emerytowany:: CityU (VI 2008)

APES’97Hong Kong

APES’04Bangalore

APES’99Hangzhou

APES’01Kobe

APES Inauguration

ESR Dosimetry & Dating

EPR & Biosciences

Mumbai, 2004EPR & Free Radical Research

APES’08Australia

APES’10Jeju

APES’06Novosibirsk,

Zapraszamy do Korei Płd .

FoundFounderer PresidentPresident (1997(1997 ) ) Asia-Pacific Asia-Pacific EPR/ESR EPR/ESR SocietySociety Asia-Pacific EPR/ESR SymposiaAsia-Pacific EPR/ESR Symposia

FellowFellow: : American Physical Society, American Physical Society, XI 20XI 200404

Piramida wiedzyPiramida wiedzy

Koncepcje „modelowania”Koncepcje „modelowania”

Podstawowe pojęciaPodstawowe pojęcia::

– Jony przejściowe i ich rola– Pole krystaliczne (CFCF) & spektroskopia optyczna– Spinowy Hamiltonian (SHSH) & spektroskopia EMR

Modelowanie w spektroskopii Modelowanie w spektroskopii pakiety komputerowe: pakiety komputerowe:

– AAnalinaliza Pola Krystalicznegoza Pola Krystalicznego & & MiMikkrosroskkopopowegoowego SH SH {{CFA/MSHCFA/MSH}}

– Teoria MSH dlaTeoria MSH dla term termu u 55D D jonówjonów 3d 3d4 4 & 3d& 3d66 (S=2) (S=2) {MSH{MSH/VBA-/VBA-Ortho}Ortho}

– Model superpozycyjny w CFT & SHT: {SPM}– KKononwwersersjeje, Standard, Standardyyzazacjacja, Transforma, Transformacjecje parametrów parametrów CF/SCF/SHH {CST}{CST}

– Diagonalizacja 2–rzędu parametrów CF & ZFS: {3DD}

– Metoda osi pseudo-symetrii: {PAM}

– Porównanie zbiorów danych w przestrzeni n-D: {CF/NR}

Zastosowania:Zastosowania:

⇒ WWybrane jony w materiałach technologicznie ważnychybrane jony w materiałach technologicznie ważnych

PPLANLAN

DDPPCC

EMR EMR ⇒⇒Spektroskopia Spektroskopia ⇒⇒

optycznaoptyczna

Modelowanie:Modelowanie:praca na styku praca na styku

eeksksperperyymentmentuu ii teor teoriiii

Piramida wiedzy:Piramida wiedzy:

= z= zdobywanie wiedzydobywanie wiedzy

WWspinanie sispinanie się na Pę na PIIRAMRAMIIDĘDĘ

Od podstawy w górę Od podstawy w górę

MECHANIMECHANIKA KA KWKWANTANTOWAOWA

• opisuje mikroświat• wykorzystuje symetrię w przyrodzie ((teorteoria gia gruprup))

Różnica pomiędzy Różnica pomiędzy fizykąfizykąklasyczną a klasyczną a kwantową !kwantową !

KoncepcjaKoncepcja wizualizacja interpretacja ocena Kolejny Kolejny cyklcykl

Model = „obiekt”Model = „obiekt” Modelowanie = „proces”Modelowanie = „proces”

DOMDOM

Cele modelowania:Cele modelowania: oszczędność czasu zaspokojenie oczekiwań klienta zgodność z przepisami

Rola symetriiRola symetrii

Krystalografia + teoria fizycznaKrystalografia + teoria fizyczna wizualizacja struktury interpretacja różnych modeli dystorsji przewidywanie fizycznych właściwości różnych związków

((= = „jon(y)-„jon(y)-kryształkryształ“) ważnych dla zastosowań technologicznychważnych dla zastosowań technologicznych Porównanie wyników z doświadczeniemPorównanie wyników z doświadczeniem KOLEJNY CYKLKOLEJNY CYKL

Kryształy (z jonami przejściowymi)Kryształy (z jonami przejściowymi)z

y

x

[001]

12

11

10

9

58

76

4

3

2

1

K+

O2-

Fe3+

∆21

∆22

∆1R4

−2IO

Modelowanie (Modelowanie (ogólnieogólnie):): przewidywania teoretyczne porównanie z doświadczeniem zmiana założeń / danych

KOLEJNY CYKLKOLEJNY CYKL

POSTULATY:

K L M N

1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p

1818 ArAr 22 22 66 22 66

24 Cr 2 2 6 2 6 55 1

25 Mn 2 2 6 2 6 55 2

26 Fe 2 2 6 2 6 66 2

Elektronowa Konfiguracja Pierwiastków

Model atomu Bohrahttp://www.naukowy.pl

* Orbitalny moment pędu elektronu jest skwantowany.* Podczas zmiany orbity, której towarzyszy zmiana energii elektronu,

atom emituje foton o energii równej różnicy energii elektronu na wyższej (E2 ) i niższej (E1 ) orbicie: Ef = hf = E2 – E1 ;

f - częstotliwość fotonu => fala świetlna o pewnym kolorze

JONY PRZEJŚCIOWE:JONY PRZEJŚCIOWE:* częściowo niewypełniona powłoka* częściowo niewypełniona powłoka elektronowaelektronowa* paramagnetyczne µµ ≠≠ 0 0* determinują właściwości spektroskopowe, magnetyczne i spektroskopowe, magnetyczne i

strukturalnestrukturalne różnych związków

Klasyfikacja jonów z częściowo niewypełnioną powłoką Klasyfikacja jonów z częściowo niewypełnioną powłoką elektronową:elektronową:

Jony metali przejściowych: [grupa jonów żelaza]

3d3dnn:: Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu

4d4dnn:: Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag

5d5dnn:: La, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au

Lantanowce: [pierwiastki ziem rzadkich]

4f4fnn:: Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu

Aktynowce:

5f5fnn:: Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, E, Fm, Md, No, Lw

Jony metali przejściowych: [grupa jonów żelaza]

3d3dnn:: Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu

4d4dnn:: Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag

5d5dnn:: La, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au

Lantanowce: [pierwiastki ziem rzadkich]

4f4fnn:: Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu

Aktynowce:

5f5fnn:: Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, E, Fm, Md, No, Lw

Stan elektronu w atomie jest opisany czterema liczbami kwantowymi: n, n, ll, , mmll, , mmss;; --ll ≤≤ m mll ≤≤ + +ll, , mmss = = ±± ½½

Jon:Jon: n-elektronów ‘iloczyn’ funkcji falowych: |L, M|L, MLL, S, M, S, MSS>>

Jony często używane Jony często używane w badaniachw badaniach EMR: EMR:

3dn: Mn2+, Fe3+ (3d5) ; 4fn: Gd3+, Eu2+ (4f7)

• Spektroskopia optyczna & EMRSpektroskopia optyczna & EMR pozwala ocenić, np:np: położenie jonu w kompleksie, walencyjność jonu, ilość/typ ligandów, symetrię kompleksu.

• Modelowanie właściwości jonów przejściowych ma duże znaczenia dla Modelowanie właściwości jonów przejściowych ma duże znaczenia dla opracowania materiałów o charakterystykach odpowiednich dla danych opracowania materiałów o charakterystykach odpowiednich dla danych zastosowań technologicznych.zastosowań technologicznych.

Burns 1993

SSymetrymetria otoczenia jonu => rożne energieia otoczenia jonu => rożne energieJon 3dN: nn=3=3, , ll=2 =2 mmll =-2, -1, 0, +1, +2 =-2, -1, 0, +1, +2 5 funkcji = 5 ‘kresek’ 5 funkcji = 5 ‘kresek’

SpSpolarolaryyzzowanowanee widmo widmo absorp absorpcyjnecyjne krysztakryształłuu rub rubinuinu : : (Al(Al0.9980.998 CrCr0.0020.002 ))22OO33

Widma pochodzą od przejść pomiędzy poziomami energetycznymi jonów Cr3+

zajmujących miejsca Al3+ w rubinie [[=Podstawa 1-wszego =Podstawa 1-wszego lasera (1956)]lasera (1956)]

Burns, 1984

Oznaczenia poziomów wg teorii grup:A = singletE = dubletT = tryplet

Właściwości spektroskopowe = widma & poziomy energetyczne: Właściwości spektroskopowe = widma & poziomy energetyczne:

Zakres widzialny

Definicja: elektrostatyczne pole

pochodzące od ujemnych elektrycznych ładunków na ‘ligandach’, które oddziaływuje na jon paramagnetyczny

Rola: symetrii (teoria grup) operatorów momentu pędu fizyki kwantowej fizyki atomowej Diagonalizacja HCF : struktura poziomów

elektronowych określajacych ‘przejścia’ obserwowane metodami spektroskopii optycznej

Przykład:Przykład: deoxy & oxy-hemoglobina

{Fe-Hb} zapewnia transport tlenu we krwi

Pole KPole Krystalrystaliczne / Pole iczne / Pole LigandLigandów [CF]ów [CF]

Model atomu Bohra => ‘przejścia kwantowe’ = absorpcja (E1 -> E2) lublub emisja (E2 -> E1)

)k(qC

∑<

=n

ji ij

2

es r

eH ∑

=

⋅ς=n

1iiiiSO s)r(H

∑=kq

)k(qkqCF CBH

H = Hes + HTrees + HSO + HCF

Hf.i

HTrees : two-body orbit-orbit polarization

Bkq – CF parametery -> CF poziomy: ∆i ∝ Bkq )

– operatory Wybourna; ∝ (θ, φ) or (L, J))k(qC

Hamiltonian dla jonów przejściowych w kryształach:

CFP: Bkq = mierzone spektroskopią optyczną

TTeoreoria ia LF/CF =>LF/CF => CF Analysis CF Analysis [CFA][CFA] Package Package

Pakiet Pakiet „„CF Analysis CF Analysis (CFA)”(CFA)” opracowany w HK opracowany w HK diagonalizdiagonalizujujee::

HHphysphys = H = Hfree ionfree ion + H + Hcrystal fieldcrystal field

dla jonów 3ddla jonów 3dnn w w kkrysryszztatałachłach [Yeung, CZR, Yang]

* Liczymy całki: <i | H | j> =>=> macierz (n x n); i & j = 1, ....., n

* Diagonalizacja macierzy H =>=> sprowadzenie do postaci diagonalnej

* Elementy diagonalne = = EEiiii = = kolejne energie jonu

=> poziomy elektronowe =>=> widma optyczne

Zastosowania w fizyce materiałów laserowych:Zastosowania w fizyce materiałów laserowych:• Paramagnetyczne jony przejściowe determinują Paramagnetyczne jony przejściowe determinują przejściaprzejścia elektronowe, które są odpowiedzialne za akcję laserową.elektronowe, które są odpowiedzialne za akcję laserową.• Przebadano olbrzymią ilość związków: „jon-kryształ” Przebadano olbrzymią ilość związków: „jon-kryształ” wykazujących akcję laserową.wykazujących akcję laserową.• Włókna optyczne oparte na jonach ziem rzadkich (ErWłókna optyczne oparte na jonach ziem rzadkich (Er3+3+ )) telekomunikacja.telekomunikacja.• Rola laserów w medycynie, przemyśle, życiu codziennym......Rola laserów w medycynie, przemyśle, życiu codziennym......

Zastosowania w mineralogii Zastosowania w mineralogii geochemii geochemii badaniach kosmosu: badaniach kosmosu:

• Wyjaśnienie koloru różnych minerałów Wyjaśnienie koloru różnych minerałów przejścia pomiędzy przejścia pomiędzy poziomami jonów przejściowych w polu krystalicznym.poziomami jonów przejściowych w polu krystalicznym.• Rozkład jonów przejściowych w płaszczu Ziemi.Rozkład jonów przejściowych w płaszczu Ziemi.• Zdalne pomiary składu powierzchni planet.Zdalne pomiary składu powierzchni planet.

SSpektroskopia optyczna => ciekawostkipektroskopia optyczna => ciekawostki

Co mają wspólnego laserylasery i łapki na myszyłapki na myszy?

Przejścia pomiędzy poziomami pola krystalicznego

2S+1 L (3dn ) lub 2S+1 LJ (4fn );

Częstości optyczneCzęstości optyczne

Przejścia pomiędzy poziomami spinowymi (2S + 1): -S do +S;

CzęstościCzęstości mmiikkrorofalowe falowe i i milmiliimetermeterowe (= b. wysokie)owe (= b. wysokie)

EEMMRR

SPEKTROSKOPIA OPTYCZNASPEKTROSKOPIA OPTYCZNA EEMMRR

Spektroskopia optycznaSpektroskopia optyczna

S=1/2 : dwa poziomy S=2 : pięć poziomówS = 1 / 2

S = 2

Zjawisko elektronowego rezonansu magnetycznegoZjawisko elektronowego rezonansu magnetycznego ( (EMREMR))

ZFS (zero-field splitting) = rozszczepienie zeropolowe

ZASTOSOWANIA

EMR

EMR = (EPR + ESR) &

(FMR + AFMR) & więcej

TECHNITECHNIKIKIEMR = EMR = EPREPR + + ESRESR

SPEKTROMETRY

TECHNITECHNIKIKIEMR = EMR = EPREPR + + ESRESR

SPEKTROMETRY

SYSTEMSYSTEMY Y ‘SPIN‘SPINOWE’OWE’

S = 1/2 & S ≥ 1

SYSTEMSYSTEMY Y ‘SPIN‘SPINOWE’OWE’

S = 1/2 & S ≥ 1

SSYYMULAMULACJE iCJE i FIT FITOWANIEOWANIE Kontrola AparaturyKontrola Aparatury

((Bazy Bazy DaDanychnych))

KOMPUTERY

SSYYMULAMULACJE iCJE i FIT FITOWANIEOWANIE Kontrola AparaturyKontrola Aparatury

((Bazy Bazy DaDanychnych))

KOMPUTERY

HAMILTONIAN HAMILTONIAN POLA POLA KRYSTALICZNEGO =>KRYSTALICZNEGO =>

SPINOWYSPINOWY

FIZYKA KWANTOWA

HAMILTONIAN HAMILTONIAN POLA POLA KRYSTALICZNEGO =>KRYSTALICZNEGO =>

SPINOWYSPINOWY

FIZYKA KWANTOWA

TECHNITECHNIKIKIEMR = EMR = EPREPR + + ESRESR

SPEKTROMETRY

TECHNITECHNIKIKIEMR = EMR = EPREPR + + ESRESR

SPEKTROMETRY

Prof. S.H. Choh, Seul, KoreaProf. S.H. Choh, Seul, Korea

Przykładowe widma EMR centrów Fe3+ w syntetycznym kwarcuPrzykładowe widma EMR centrów Fe3+ w syntetycznym kwarcu

Do opisu widm EMR stosuje się

Hamiltonian spinowyHamiltonian spinowy

Zależności kątowe pól rezonansowych

dla centrów Fe3+ przy obrotach

wokół osi b1 kryształu.

Zależności kątowe pól rezonansowych

dla centrów Fe3+ przy obrotach

wokół osi b1 kryształu.

SSYYMULAMULACJE iCJE i FIT FITOWANIEOWANIE

= = Modelowanie widmModelowanie widm Parametry ZFS & ZeParametry ZFS & Ze

SSYYMULAMULACJE iCJE i FIT FITOWANIEOWANIE

= = Modelowanie widmModelowanie widm Parametry ZFS & ZeParametry ZFS & Ze

Notacja operatorowa:Notacja operatorowa: H spin = H Ze + H ZFS =

Ze:Ze: człon Zeemana = odziaływanie z polem magnetycznym B ZFSZFS (zero-field splitting): rozszczepienie zeropolowe (B = 0) = operatory Stevens’a artykuły przeglądowe z ANU & CityUANU & CityU

)S,S,S(OB zyx

q

k

k

kq

q

k6,4,2k

B ∑∑−==

+µ= B.g.S

qkO

Hamiltonian spinowy – notacja konwencjonalna:Hamiltonian spinowy – notacja konwencjonalna:

HZFS = D[Sz2 –(1/3)S(S+1)]+E(Sx

2 – Sy2) ++ człony (IV)++(VI) rzędu

ROLA SH:ROLA SH:

(1) opisuje p(1) opisuje przejrzejśścia pomicia pomięędzy dzy poziomami ‘poziomami ‘ spin spinowymi’owymi’

(2)(2) Pozwala opisać widma EMR za pomocą parametrów ZFS & Ze, Pozwala opisać widma EMR za pomocą parametrów ZFS & Ze,

które można następnie modelować teoretyczniektóre można następnie modelować teoretycznie

Zastosowania w biologii Zastosowania w biologii medycynie medycynie naukach o środowisku - do badania, np:naukach o środowisku - do badania, np:

• Procesów fotosyntezy Procesów fotosyntezy (= zamiana światła słonecznego na energię (= zamiana światła słonecznego na energię chemiczną w zielonych liściachchemiczną w zielonych liściach) ) • Metaloprotein, hemoglobiny; procesów zachodzących w okuMetaloprotein, hemoglobiny; procesów zachodzących w oku• Nowotworów, chorób serca, płucNowotworów, chorób serca, płuc• Polimerów, farb, napromieniowanej żywnościPolimerów, farb, napromieniowanej żywności

Zastosowania w archeologii Zastosowania w archeologii geologii geologii przemyśle naftowym / górnictwie:przemyśle naftowym / górnictwie:

• Datowanie = pomiar stopnia akumulacji efektów naturalnego Datowanie = pomiar stopnia akumulacji efektów naturalnego promieniowaniapromieniowania• Dozymetria = pomiar napromieniowania różnych substancjiDozymetria = pomiar napromieniowania różnych substancji• Struktura minerałów i defektów Struktura minerałów i defektów przejścia pomiędzy przejścia pomiędzy różnymi poziomami ‘spinowymi’różnymi poziomami ‘spinowymi’• Badania składu ropy naftowej, węgla z różnych złóżBadania składu ropy naftowej, węgla z różnych złóż

SSpepekktrostroskkopopia EMR ia EMR => => ciekawostkiciekawostki

Co mają wspólnego wolne rodniki z nowotworami?

Wyprowadzeniu analitycznych wzorów i numerycznych relacji:Wyprowadzeniu analitycznych wzorów i numerycznych relacji: {EPs} {EPs} ≡≡ {B{Bkk

qq; g; gijij } } ∝∝ { {B, CB, C; ; λλ ; ; BBkqkq , E, Eαα ∝∝ dane dane strukturalnestrukturalne} } ≡≡ {MPs} {MPs}

Opracowaniu pakietów kOpracowaniu pakietów komputerowych do obliczeńomputerowych do obliczeń

Modelowanie umożliwia:Modelowanie umożliwia: LepsząLepszą interpreta interpretacjęcję danych spektroskopii danych spektroskopii EMR EMR && ooptptyyccznej znej dla jonów przejściowych w kryształachdla jonów przejściowych w kryształach Przewidywanie Przewidywanie EPs EPs na na bazie znajomości MPsbazie znajomości MPs

Interpretację zmian EPs z czynnikami zewnętrznymi:Interpretację zmian EPs z czynnikami zewnętrznymi: TT (temperatura) ; (temperatura) ; pp (ciśnienie) ; (ciśnienie) ; BB (pole magnetyczne) (pole magnetyczne)

Modelowanie w spektroskopii optycznejModelowanie w spektroskopii optycznej && EMREMR

Modelowanie polega na:Modelowanie polega na:

• teoretyczna interpretacja eksperymentalnych parametrów (EP)(EP) poprzez ‘mikroskopowe‘ (‘mikroskopowe‘ (bardziej podstawowe ) parametry (MP)(MP) • analiza porównawcza zbiorów EP z różnych źródeł

Poniżej podamy przykPoniżej podamy przykłłady modelowania i relacji: ady modelowania i relacji: EPs EPs ∝∝ MPs MPs

FASCYNUJĄCE FASCYNUJĄCE = = magia wzorów i liczbmagia wzorów i liczb teoria i modelowanie pozwala wyliczyć teoria i modelowanie pozwala wyliczyćto co można zmierzyć doświadczalnie to co można zmierzyć doświadczalnie OPIS NATURY OPIS NATURY

Modelowanie używając pakietu CFA/MSHModelowanie używając pakietu CFA/MSH

CFA/MSH CFA/MSH numerycznenumeryczne modelowanie mikroskopowych parametrów ZFS & Ze modelowanie mikroskopowych parametrów ZFS & Ze

CFA CFA numerycznenumeryczne modelowanie modelowanie poziomów w polu krystalicznympoziomów w polu krystalicznym

Przejścia pomiędzy poziomami bada:

spektroskopia spektroskopia optyczna EMR

CF AnalysisCF Analysis + +

Microscopic SH Microscopic SH dla jonów 3ddla jonów 3dnn ww kkrysryszztatałachłach

Poziomy energii dla Fe2+ in tetrahedrach z dystorsją ortorombortorombowąową

Dla danegoDla danego schematu energiischematu energii wyprowadzono różne wyprowadzono różne wyrażenia na wyrażenia na parametr parametry :y :

Zastosowania pakietu MSH/VBA-OrthoMSH/VBA-Ortho do modelowania dla jonów z S=2: FeFe2+2+ w rubredorubredoksyksynnachach & związkach biologicznych

CrCr2+2+ w materiałach laserowych: MgMg22SiOSiO44 & półprzewodnikach ZnSZnS

MnMn3+3+ w zw zwiwiąązkach biologicznychzkach biologicznych, materiałach optoelektronicznych,, materiałach optoelektronicznych,

jedno-molekularnych magnetykach Mnjedno-molekularnych magnetykach Mn1212

Przykład:Przykład:

Modelowanie używając teorii Modelowanie używając teorii MSH MSH dla jonów z dla jonów z S = 2 S = 23d4: V+, Cr2+, Mn3+, Fe4+

3d6: Mn+, Fe2+, Co3+, Ni4+

{B{Bkkqq; g; gijij } } ∝∝ { {λλ , , ρρ ; [; [∆∆ ii, , s (s (współczynnik) ) ∝∝ dane strukturalnedane strukturalne]}]}

Bardzo duże ZFS Pasma X i Q za niskie Potrzeba wysokich częstości

4 schematy energii

Output Output Dane liczboweliczbowe oraz wykreswykres są automatycznie generowane

Program MSH/VBAProgram MSH/VBA

Modelowanie używając modelu superpozycyjnego [SPM]Modelowanie używając modelu superpozycyjnego [SPM]

SPMSPM separacja częściseparacja części geometrycznej & fizycznej w parametrach ZFS Bkq

(lublub CF: Bkq) dla jonów przejściowych (MM) w komplesie MLMLnn

Część: fizyczna geometryczna (parametry modelowe) (czynniki kordynacyjne)(parametry modelowe) (czynniki kordynacyjne) zależą od pozycji ligandów (LL) & symetrii kompleksu MLMLnn

Kkq(θ,φ) zależą od typu jonów MM i LL Ro = odległość referencyjna; tk = wykładniki prawa potęgowego

( ) ( ) ( )∑ ⋅⋅=L

LLkqt

Lkkq KRRRBB k φθ ,00

SPM SPM == modelowanie parametrów modelowanie parametrów ZFS ZFS (i (i CFCF) dla jonów przejściowych w ) dla jonów przejściowych w kryształach dla różnych kryształach dla różnych modelmodelii dystorsji dystorsji strustrukkturalturalnychnych w MLw MLnn

( )0RBk

FeFe3+3+ : : cc-BaTiO-BaTiO33 [PRB07] && h h-BaTiO-BaTiO33 [JPCM08]

⇒⇒ SPM/ZFSPs SPM/ZFSPs EMR EMRFeFe3+3+ w K w KTTaaOO33 [PRB09] & LiNb& LiNbOO33 [w opracowaniu]

⇒⇒ SPM/CFPs SPM/CFPs →→ CFA/MSH CFA/MSH →→ ZFSPs ZFSPs EMR EMR3d3d55 (stan: (stan: 66S) jony w związkach typu ABXS) jony w związkach typu ABX33 [w opracowaniu]

⇒⇒ SPM/CFPs SPM/CFPs →→ CFA/MSH CFA/MSH →→ ZFSPs ZFSPs EMR EMR

Materiały laserowe i Materiały laserowe i optoelektroniczneoptoelektroniczne

Optyczna spektroskopia

Strukturalne parametry:(ri, θ i, ϕ i)

Modelowanie Modelowanie danych eksdanych eksperperyymentmentalnychalnych z/pz/p tteoreoriiii & & obliczeńobliczeń

(CF)Bqk

ELS;∆ i(5D);

λ , ρ

Pakiet SPM

Jony 3d4 i 3d6

(S=2)

Jony 3dn

i 4fn

Pakiet CFA/MSH

Jony 3dn

Pakiet MSH/VBA-Ortho (5D)

Jony 3dn i 4fn

E(Γ s); gi ;

vsvsParametry atomowe, CF,

strukturalne, (∆ i, λ , ρ)

(ZFS)Bqk

Modelowanie: EEksksperperyyment ment ⇔ Teoria ⇔ ObliczeniaObliczenia

MAPA KONCEPCYJNA ilustrująca METODOLOGIĘ MODELOWANIAMAPA KONCEPCYJNA ilustrująca METODOLOGIĘ MODELOWANIA

Atomowa spektroskopia

X-rayspektroskopia

EMRwidma

Dla każdego Dla każdego coścoś

interesującegointeresującegow badaniachw badaniachnaukowychnaukowych

SPEKTROSKOPIASPEKTROSKOPIA

APARATURAAPARATURA

SPEKTROSKOPIASPEKTROSKOPIA

APARATURAAPARATURA

PRÓBKIPRÓBKI

SYNTEZASYNTEZA

PRÓBKIPRÓBKI

SYNTEZASYNTEZA

PROGRAMY PROGRAMY KOMPUTEROWEKOMPUTEROWE

MODELOWANIEMODELOWANIE

PROGRAMY PROGRAMY KOMPUTEROWEKOMPUTEROWE

MODELOWANIEMODELOWANIE

OPIS TEORETYCZNYOPIS TEORETYCZNY

FIZYKA CIAŁA FIZYKA CIAŁA STAŁEGOSTAŁEGO

OPIS TEORETYCZNYOPIS TEORETYCZNY

FIZYKA CIAŁA FIZYKA CIAŁA STAŁEGOSTAŁEGO

* Modelowanie komputerowe spełnia * Modelowanie komputerowe spełnia bardzobardzo ważną rolę * ważną rolę *

FIZYKA FIZYKA PODSTAWĄ

NAUKI O MATERIAŁACH

ZASTOSOWANIAZASTOSOWANIA TECHNOLOGICZNETECHNOLOGICZNE::

• materiały laserowe• optoelektroniczne• nadprzewodniki wysokotemperaturowe• związki biologiczne• magnetyki• ferroelektryki

LANTAU ISLANDLANTAU ISLANDHONG KONGHONG KONG

BIG BUDDABIG BUDDA

Pomyślnego Pomyślnego wspinaniawspinania

po po szczeblachszczeblach

wiedzywiedzy

PODZIĘKOWANIAPODZIĘKOWANIA

Organizatorzy = PTF Szczecin Organizatorzy = PTF Szczecin (Prof. M. Dąbrowski)

Inst. Fizyki, ZUT Inst. Fizyki, ZUT (Prof. I. Kruk, za umożliwienie kontynuacji badań)

Doktorant Doktorant (P. Gnutek – za bardzo udaną współpracę)

PUBLICZNOŚĆ PUBLICZNOŚĆ (za wytrwanie)

Zachodniopomorski Zachodniopomorski Uniwersytet Uniwersytet

TechnologicznyTechnologiczny