PRACOWNIA MIKROANALIZY JĄDROWEJ

Kierownik Pracowni:  dr Cyprian Mieszczyński

email: Cyprian.Mieszczynski@ncbj.gov.pl

Tematyka badań

Działalność pracowni poświęcona jest badaniom podstawowych własności strukturalnych nowoczesnych materiałów używanych w energetyce jądrowej oraz mikro- i optoelektronice przy zastosowaniu technik jonowych (RBS, NRA, PIXE) z wykorzystaniem zjawiska kanałowania. Duży nacisk kładziony jest na ilościową analizę:

  • grubości i stechiometrii warstw,
  • jakości krystalicznej materiału,
  • rozkładów głębokościowych pierwiastków w materiałach domieszkowanych,
  • procesów akumulacji i transformacji struktur defektowych zachodzących w kryształach pod wpływem oddziaływania z wysokoenergetycznym promieniowaniem jonizującym, np podczas bombardowania jonowego w procesie implantacji,
  • optymalizacji procesów wygrzewania (RTA, FLASH),
  • wpływu wygrzewania na rozkład głębokościowy i ewolucję defektów poimplantacyjnych oraz na lokację sieciową i migrację głębokościową domieszki.

 

rbs
Widma RBS/c random
i aligned otrzymane dla monokryształu ZnO implantowanego jonami Yb dawką 5x1014 (a,b) oraz 1x1015 /cm2( (c,d), poddane następnie wygrzewaniu różnymi technikami. RTA było przeprowadzone przez 10 min w temperaturze 800OC a FLA przez 20 ms z energią 110 J/cm2.*

 

Wśród mate­ria­łów bada­nych przez nas dotych­czas i obec­nie znaj­dują się: nikiel (Ni) i jego stopy (NiFe, NiFeCoCr), SrTiO3, MgAl2O4, azotki z grupy III-N (GaN, AlN, AlGaN, InGaN), tlenki (ZnO, Ga2O3, UO2, U4O9, ZrO2, MgO) oraz wiele innych.

Pra­cow­nia reali­zuje swoją dzia­łal­ność w ramach współ­pracy bila­te­ral­nej oraz pro­jek­tów badaw­czych. Do naj­waż­niej­szych part­ne­rów nauko­wych należą:

Helm­holtz-Zen­trum Dres­den Ros­sen­dorf, Dre­zno, Niemcy

Uni­ver­sité Paris-Sac­lay, Paryż, Fran­cja

Insti­tuto Supe­rior Téc­nico, Lizbona, Por­tu­ga­lia

Sieć Badaw­cza Łuka­sie­wicz – Insty­tut Mikro­elek­tro­niki i Foto­niki, War­szawa, Pol­ska

Insty­tut Fizyki Pol­skiej Aka­de­mii Nauk, War­szawa, Pol­ska

Insty­tut Wyso­kich Ciśnień Pol­skiej Aka­de­mii Nauk, War­szawa, Pol­ska

Specjalizacje

interfejs

Interfejs graficzny aktualnej wersji
programu McChasy

Pracownia specjalizuje się w badaniach ilościowych defektów powstałych w strukturach monokrystalicznych. Do analizy używane są programy oparte o techniki symulacyjne Monte Carlo (MC)  Dynamikę Molekularną (MD).

Pracownia zajmuje się rozwojem i walidacją unikatowego w skali światowej programu symulacyjnego McChasy, opartego na metodzie Monte Carlo.

Pro­gram McChasy pozwala na ana­lizę danych doświad­czal­nych uzy­ska­nych z uży­ciem roz­pra­sza­nia wstecz­nego jonów (RBS). Jako jeden z nie­licz­nych daje moż­li­wość ana­lizy widm RBS otrzy­ma­nych try­bie kana­ło­wa­nia jonów (RBS/C), który jest bar­dzo wraż­liwy na obec­ność defek­tów struk­tu­ral­nych w mate­ria­łach kry­sta­licz­nych. Wg naszej wie­dzy McChasy jest jedy­nym kodem symu­la­cyj­nym, który umoż­li­wia roz­róż­nie­nie defek­tów pro­stych i zło­żo­nych wystę­pu­ją­cych w mate­riale pod­da­nym mody­fi­ka­cji struk­tu­ral­nej.

W pracowni istnieje szczególny dział zajmujący się badaniami archeometrycznymi z zastosowaniem m.in. technik XRF, SEM-EDX, INAA i LA-ICP-MS, które mają na celu poszerzenie wiedzy dotyczącej proweniencji technologicznej i surowcowej zabytków archeologicznych. Badania skupione są głównie wokół określania składu pierwiastkowego i chemicznego (z wykorzystaniem technik XRD i spektroskopii Ramana) oraz analizy strukturalnej (poprzez wykorzystanie technik radiografii RTG i neutronowej) obiektów wykonanych ze stopów metali. Dodatkowo prowadzone są badania nad szkłami, obiektami szkliwionymi, ceramicznymi i materiałem kostnym. Członkowie naszego zespołu są reprezentantami NCBJ w konsorcjum ERIHS-PL zrzeszającym 16 instytutów z Polski, które tworzą europejską platformę działającą w obszarze badań nad dziedzictwem kulturowym.

 

Paciorki srebrne ze skarbu Rajsków-Słuszków (woj. wielkopolskie) datowane na X-XI w.
Paciorki srebrne ze skarbu Rajsków-Słuszków (woj. wielkopolskie) datowane
na X-XI w.
 
Fragment bogato ornamentowanej uprzęży końskiej
Fragment bogato ornamentowanej uprzęży końskiej datowanej na późny okres wędrówki ludów
(III-V w n.e.) ze stanowiska wotywnego w byłym jeziorze Nidajno (gm. Piecki, pow. Mrągowo).
 
Monety palatyna Sieciecha (dat. XI w.).
Monety palatyna Sieciecha (dat. XI w.).

 

 
Obraz SEM-SE obszaru lutowania ornamentu charakterystycznego dla okresu wczesnego średniowiecza wykonanego w technice tzw. lutu dyfuzyjnego.
Obraz SEM-SE obszaru lutowania ornamentu charakterystycznego dla okresu wczesnego średniowiecza wykonanego
w technice tzw. lutu dyfuzyjnego.
 

Ściśle współpracujemy z innymi pracowniami w naszym instytucie, a także z wieloma instytutami badawczymi w kraju i zagranicą tj. IF PAN (Polska), IA UW (Polska), IA UG (Polska), IAiE PAN (Polska), PMA (Polska), ITE (Polska), ITME (Polska), HZDR (Niemcy), Paris-Sud University (Francja), CNRS (Francja). Efektem współpracy są liczne publikacje w renomowanych czasopismach naukowych oraz promujące dokonania badawcze wystąpienia konferencyjne.

 

* R. Ratajczak, S. Prucnal, E. Guziewicz, C. Mieszczynski, D. Snigurenko, M. Stachowicz, W. Skorupa and A. Turos, The photoluminescence response to structural changes of Yb implanted ZnO crystals subjected to non-equilibrium processing,
J. Appl. Phys. Vol. 121 (2017) 075101.

Osiągnięcia i publikacje

W pra­cowni w ciągu ostat­nich lat (< 5 lat) reali­zo­wano nastę­pu­jące, duże (> 500 kPLN) pro­jekty badaw­cze:

  • 2013 – 2017 „Lumi­ne­scence pho­to­nic struc­tu­res based on ZnO implan­ted with rare earth ele­ments” ZnOLum (NCBiR, PBS2)
  • 2017 – 2019 „Opti­mal doping con­cen­tra­tion of RE ion implan­ted in ZnO cry­stal”, ConQRE (MEiN)
  • 2019 – ongo­ing „Radia­tion Defects in Nic­kel-based Supe­ral­loys”, RaDe­NiS (MEiN)
  • 2020 – ongo­ing „Opti­mi­za­tion of Lumi­ne­scence from RE3+ in ZnO: RE sys­tems”, MIRE (MEiN)
  • 2022 – ongo­ing „Defect trans­for­ma­tions in ion-bom­bar­ded GaN. Role of the intrin­sic elec­tric field”, DiGaN (MEiN)

Naj­waż­niej­sze publi­ka­cje naukowe (ostat­nie 5 lat):

  1. L. Nowicki et al. , „McCha­sy2: new Monte Carlo RBS/C simu­la­tion code desi­gned for use with large cry­stal­line struc­tu­res” Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B 498 (2021) 9, 10.1016/j. nimb. 2021.04.004
  2. C. Miesz­czyn­ski et al. , „Defect evo­lu­tion in Ni and solid-solu­tion alloys of NiFe and NiFeCoCr under ion irra­dia­tion at 16 and 300 K” J. Nucl. Mater. 534 (2020) 152138, 10.1016/j. jnuc­mat. 2020.152138
  3. R. Rataj­czak et al. , „Cor­re­la­tions between the struc­tu­ral trans­for­ma­tions and con­cen­tra­tion quen­ching effect for RE-implan­ted ZnO sys­tems” Appl. Surf. Sci. 521 (2020) 146421, 10.1016/j. apsusc. 2020.146421
  4. P. Jóź­wik et al. , „Monte Carlo simu­la­tions of ion chan­ne­ling in cry­stals con­ta­ining dislo­ca­tions and ran­domly displa­ced atoms” J. Appl. Phys. 126 (2019) 195107, 10.1063/1.5111619
  5. K. Skro­bas et al. , „Sur­face free energy of dia­mond nanocry­stals – a mole­cu­lar dyna­mics study of its size depen­dence” Phys. Chem. Chem. Phys. 23 (2021) 11075, 10.1039/d1c­p00282a

Roz­dział w książce:

Jozwik, P. et al. , Advan­ced Monte Carlo Simu­la­tions for Ion-Chan­ne­ling Stu­dies of Com­plex Defects in Cry­stals. In The­ory and Simu­la­tion in Phy­sics for Mate­rials Appli­ca­tions: Cut­ting-Edge Tech­ni­ques in The­ore­ti­cal and Com­pu­ta­tio­nal Mate­rials Science; Levchenko, E. V., Dappe, Y. J., Ori, G., Eds., Sprin­ger Cham (2020) 133, 10.1007/978-3-030-37790-8_8

 
 
rbs
Interfejs graficzny aktualnej wersji programu McChasy
Paciorki srebrne ze skarbu Rajsków-Słuszków (woj. wielkopolskie) datowane na X-XI w.
Fragment bogato ornamentowanej uprzęży końskiej
Monety palatyna Sieciecha (dat. XI w.).
Obraz SEM-SE obszaru lutowania ornamentu charakterystycznego dla okresu wczesnego średniowiecza wykonanego w technice tzw. lutu dyfuzyjnego.