• Muzyka nanoskali.

Promotor: Konrad Szaciłowski, Realizacja: w toku, Kontakt w SOLARIS: Alexey Maximenko

Krótki opis: Projekt będzie oparty na podejściu hybrydowym - połączeniu modelowania teoretycznego (chociaż wcześniejsze doświadczenia z symulacjami komputerowymi nie są wymagane) z eksperymentalną realizacją obwodów memrystywnych w oparciu o cienkie warstwy półprzewodnikowe i nanocząstki. Część eksperymentalna obejmie wytwarzanie urządzeń (spin-coating, drop casting, rozpylanie), pomiary elektryczne, w tym spektroskopie impedancyjne, optyczne i EXAFS oraz różne techniki przetwarzania sygnałów. Elementy memrystywne zostaną przygotowane techniką sekwencyjnego nanoszenia warstw, natomiast techniki napylania będą wykorzystywane do wytwarzania kontaktów elektrycznych. Obliczenia rezerwuarowe będą realizowane w systemie składającym się z memrystora lub obwodu memrystywnego, analogowego potencjostatu/wzmacniacza sygnału/źródła pomiarowego, modulatora światła opartego na diodach LED oraz syntezatora polifonicznego, linii opóźniających i analizatorów sygnału. Cały sprzęt, w tym syntezator Waldorf Blofedl, elektroniczne moduły kondycjonowania sygnału (TC Electronics G-major 2, G-Lab, Boss DD-20), analizatory dystorsji, miksery sygnału (DN-412X, Denon i ZED60-14FX, Allen & Heath ) oraz analizator sygnału audio UPV (Rohde & Schwarz, Niemcy) są dostępne w laboratoriach ACMiN.

• Badania operando katalizatorów reakcji wydzielania tlenu na bazie spineli tlenkowych.

Promotor: Sebastan Molin, Realizacja: w toku, Kontakt  w SOLARIS: Alexey Maximenko

Krótki opis: Magazynowanie coraz większej ilości energii odnawialnej stanowi ważne wyzwanie naukowe i technologiczne. Jednym z możliwych nośników energii w przyszłym systemie energetycznym jest wodór, który może być wytwarzany np. w procesie elektrolizy wody zasilanym energią słoneczną/wiatrową. Rozkład wody na wodór i tlen wymaga zastosowania katalizatorów, które umożliwiają efektywne zachodzenie procesu elektrolizy przy niskich stratach energetycznych. Nasza grupa pracuje nad materiałami z grupy spineli tlenkowych, np. na bazie MnCo2O4 lub Mn2CuO4. W celu poprawy ich właściwości katalitycznych modyfikujemy materiały poprzez kontrolowane wprowadzenie nowych pierwiastków. Do tej pory badania strukturalne prowadzone były jedynie ex-situ, tj. przed/po procesie elektrochemicznym przez wykorzystanie tradycyjnych metod (dyfraktometria rentgenowska XRD, badania mikroskopowe, badania synchrotronowe – linia PIRX - dawna linia XAS w SOLARIS). Konstrukcja linii ASTRA (dawna linia SOLABS) umożliwia prowadzenie pomiarów PIRX w trybie operando – podczas zachodzenia procesu elektrolizy. Wykorzystanie nowej linii oraz specjalnego układu pomiarowego umożliwi obserwację zmian strukturalnych spineli w realnych warunkach pracy (zmienny potencjał elektrody), co pozwoli na dogłębne zrozumienie mechanizmu działania katalizatorów i umożliwi dalsze poprawienie właściwości funkcjonalnych.

• Rozpuszczanie siarczków w warunkach biowietrzenia.

Promotor: Anna Potysz, Realizacja: w toku, Kontakt  w SOLARIS: Alexey Maximenko

Krótki opis: Odpady metalurgiczne składają się z różnych faz mineralnych i zawierają stosunkowo wysokie ilości pierwiastków potencjalnie toksycznych (np. Pb, Cd i As) nieodzyskanych podczas procesu hutniczego. Siarczki są istotnymi nośnikami pierwiastków potencjalnie toksycznych w tego typu odpadach. Bardzo istotną kwestią warunkującą migrację metali z odpadów do środowiska jest podatność poszczególnych składników (faz) na procesy biowietrzenia uwzględniające wpływ mikroorganizmów. Jednakże, migracja metali uwalnianych z odpadów do środowiska zależy również od czynników warunkujących ich unieruchomienie, czyli np. wytrącanie faz wtórnych. Zatem zarówno czynniki (bio)wietrzenia, jak również czynniki hamujące migrację metali powinny zostać dobrze poznane, ponieważ pełne zrozumienie procesów zachodzących na składowiskach ma kluczowe znaczenie dla zapobiegania rozprzestrzenianiu się zanieczyszczeń w środowisku. Badania prowadzone w ramach współpracy Uniwersytetu Wrocławskiego z Narodowym Centrum Solaris mają na celu: (a) prześledzenie procesu rozpuszczania siarczków oraz tworzenia faz wtórnych (np. siarczanów) powstających w danych warunkach środowiskowych, a także (b) określenie stabilności faz wtórnych w danych warunkach środowiskowych.

• Wpływ ciśnienia jednoosiowego na własności strukturalne i elektronowe w układach silnie skorelowanych.

Promotor: Wojciech Tabiś, Realizacja: trwa rekrutacja, Kontakt w SOLARIS: Jakub Szlachetko

Krótki opis:Jednoosiowe ciśnienie pozwala modyfikować właściwości krystalograficzne i elektronowe silnie skorelowanych układów. W odróżnieniu od ciśnienia hydrostatycznego umożliwia zmianę symetrii kryształu i badanie wpływu tej zmiany na strukturę elektronową. Na przykład, ciśnienie takie zostało ostatnio wykorzystane do wymuszenia trójwymiarowego uporządkowania ładunkowego w nadprzewodnikach miedziowych oraz do modyfikacji powierzchni Fermiego w rutenianach strontu (Sr2RuO4). Chociaż zainteresowanie wpływem jednoosiowego ciśnienia szybko rośnie, szczegóły wpływu naprężenia przyłożonego wzdłuż określonej osi krystalograficznej na właściwości strukturalne i elektronowe nie są dobrze poznane. Celem projektu jest wyjaśnienie wpływu ciśnienia jednoosiowego na właściwości fizyczne monokryształów materiałów nadprzewodnikowych i magnetycznych. Do szczegółowego zbadania zmian wywołanych ciśnieniem jednoosiowym zostaną wykorzystane techniki dyfrakcji oraz spektroskopii rentgenowskiej. Takie komplementarne techniki synchrotronowe pozwolą na zrozumienie wzajemnego oddziaływania pomiędzy deformacją sieci a magnetyzmem i nadprzewodnictwem.

• Badanie wpływu koncentracji pierwiastka domieszkującego na strukturę elektronową półprzewodników szerokopasmowych bazujących na GaN.

Promotor: do ustalenia, Realizacja: trwa rekrutacja, Kontakt w SOLARIS: Marcin Zając

Krótki opis: Podstawowym materiałem dla optoelektroniki i elektroniki wysokoenergetycznej są azotki-III. Ich funkcjonalność rozszerza się poprzez inżynierię pasma wzbronionego (domieszkowanie) takich materiałów jak AlN, GaN i InN. Kluczowym parametrem w tych związkach jest struktura elektronowa, której znajomość wpłynie nie ulepszenie obecnych urządzeń bazujących na w/w materiałach. Techniki synchrotronowe bazujące na zjawisku absorpcji takie jak PIRX (dawna linia XAS) oraz UARPES proponuje się do zastosowania w badaniach struktury elektronowej tych materiałów. Praca badawcza będzie polegała na wytworzeniu za pomocą metod epitaksjalnych (MBE/MOVPE) oraz charakteryzacji lub tylko na charakteryzacji struktur półprzewodnikowych bazujących na GaN. Wytwarzanie struktur półprzewodnikowych będzie możliwa w laboratorium epitaksji Sieci Badawczej Łukasiewicz – Port Polski Ośrodek Rozwoju Technologii we Wrocławiu. Zastosowanie technik synchrotronowych będzie realizowana na synchrotronie SOLARIS.

• Multimodalne obrazowanie rentgenowskie na linii pomiarowej PolyX w SOLARIS.

Promotor: Paweł Korecki, Realizacja: trwa rekrutacja, Kontakt w SOLARIS: Katarzyna Sowa

Krótki opis:Proponowana praca doktorska koncentruje się na rozwoju metodologii mikro-obrazowania rentgenowskiego i mikro-spektroskopii rentgenowskiej oraz ich zastosowaniu w badaniach interdyscyplinarnych (fizyka, chemia, nauki przyrodnicze, nauki o Ziemi, dziedzictwo kulturowe) na budowanej linii badawczej PolyX w Narodowym Centrum Promieniowania Synchrotronowego SOLARIS w Krakowie.
Głównym zadaniem pracy jest opracowanie protokołu multimodalnego obrazowania rentgenowskiego (radiografia i tomografia absorpcyjna i kontrastu fazowego, rentgenowskie obrazowanie fluorescencyjne, oraz rentgenowska spektroskopia absorpcyjna) na linii badawczej PolyX. Kandydat dołączy do działań interdyscyplinarnego zespołu fizyków, informatyków i inżynierów SOLARIS i będzie miał możliwość włączenia się w uruchomienie i pierwsze eksperymenty na nowej linii badawczej PolyX. Studia doktoranckie będą realizowane w Szkole Doktorskiej Nauk Ścisłych i Przyrodniczych na Wydziale Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej (UJ).

• Wielowiązkowe trójwymiarowe obrazowanie rentgenowskie z użyciem promieniowania synchrotronowego.

Promotor: Paweł Korecki, Realizacja: trwa rekrutacja, Kontakt w SOLARIS: Katarzyna Sowa

Krótki opis: Proponowana rozprawa doktorska dotyczy wielowiązkowych metod obrazowania rentgenowskiego, które zostały niedawno zademonstrowane przy użyciu lamp rentgenowskich.
Głównym zadaniem pracy jest wdrożenie wielowiązkowego obrazowania rentgenowskiego na linii badawczej PolyX, która powstaje w Narodowym Centrum Promieniowania Synchrotronowego SOLARIS w Krakowie. W szczególności kandydat spróbuje wdrożyć wielowiązkową submikronową tomografię rentgenowską do obrazowania 3D oraz plenooptyczną mikroskopię rentgenowską do obrazowania warstwowego.
Kandydat dołączy do działań interdyscyplinarnego zespołu fizyków, informatyków i inżynierów SOLARIS i będzie miał możliwość włączenia się w uruchomienie i pierwsze eksperymenty na nowej linii badawczej PolyX. Studia doktoranckie będą realizowane w Szkole Doktorskiej Nauk Ścisłych i Przyrodniczych na Wydziale Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej (UJ).

• Nanoscale chemical imaging of selected biomedical samples.

Promotor: Tomasz Wróbel, Promotor pomocniczy: Maciej Roman Realizacja: w toku, Kontakt w SOLARIS: Tomasz Wróbel

Krótki opis: This project focuses on creating appropriate experimental approaches for biomedical sample preparation and measurements in the nanoscale. AFM based IR imaging is a new sub-field of IR imaging and presents new challenges for single cells or biomaterials characterization. This project will be primarily focused on developing a protocol for sample handling and measurements. Once this is established a series of cell lines representative of civilization diseases will be studied along with the effects of drugs. The specific goals will include AFM-IR data acquisition on the newly built CIRI beamline (before SOLAIR beamline), cell cultures and data handling.

• Modyfikacja stanów kwantowych w układach silnie skorelowanych poprzez aplikację ciśnienia jednoosiowego.

Promotor: Wojciech Tabiś, Realizacja: w toku , Kontakt w SOLARIS: Jakub Szlachetko

Krótki opis: Zastosowanie jednoosiowego ciśnienia do modyfikacji stanów w silnie skorelowanych elektronowo układach kwantowych jest dynamicznie rozwijającym się obszarem badawczym. W odróżnieniu od ciśnienia hydrostatycznego, takie naprężenie przyłożone w określonym kierunku umożliwia modyfikację właściwości fizycznych materiału poprzez indukowanie zmian w symetrii sieci i deformację lokalnego otoczenia elektronowego w badanym związku. W przeciwieństwie do kwantowych przejść fazowych indukowanych domieszkowaniem, zastosowanie jednoosiowego ciśnienia pozwala kontrolować właściwości układu w sposób ciągły i bez zmian składu chemicznego lub gęstości defektów. Projekt będzie skupiał się na opracowaniu oprzyrządowania umożliwiającego stosowanie ciśnienia jednoosiowego w eksperymentach transportu elektronowego i rozpraszania promieniowania rentgenowskiego oraz na badaniu różnych faz i związanych z nimi przejść fazowych w różnych materiałach poddanych działaniu ciśnienia jednoosiowego.

• Post-perowskitowe memerystory ferroelektryczne.

Promotor: Konrad Szaciłowski, Realizacja: w toku, Kontakt w SOLARIS: Alexey Maximenko

Krótki opis: W niniejszym projekcie planuje się zaprojektowanie i zbadanie dwóch klas związków chemicznych, które z jednej strony będą łączyły cechy półprzewodnikowe i ferroelektryczne, a z drugiej będą wolne od wad perowskitów ołowiowych (większa trwałość i mniejsza toksyczność). Ponadto przewiduje się, że nowe materiały umożliwią precyzyjne strojenie właściwości elektrycznych w celu uzyskania memrystorów o pożądanych właściwościach. Struktura otrzymanych związków będzie weryfikowana w badaniach XRD, a także przy użyciu spektroskopii optycznej, oscylacyjnej i XANES. Materiały te zostaną dokładnie scharakteryzowane pod względem struktury oraz właściwości elektrycznych. Planuje się wykonanie serii memrystorów cienkowarstwowych z wykorzystaniem otrzymanych materiałów, których działanie będzie oparte o modulację bariery energetycznej na złączu metal-półprzewodnik (tzw. bariery Schottky’ego). Konfiguracja taka powinna zapewnić znacznie lepsze parametry memrystora, w szczególności większą trwałość i mniejsze zużycie energii w procesie przełączenia.

• Aplikacja katalityczna nowych jonowych układów na bazie związków metali.

Promotor: Anna Chrobok, Promotor pomocniczy: Piotr Latos, Realizacja: w toku, Kontakt w SOLARIS: Alexey Maximenko

Krótki opis: Tematem przedstawionej dysertacji będzie otrzymywanie nowych cieczy jonowych opartych o różne kompleksy metali. Założenie projektu zakłada otrzymywanie związków jonowych z soli organicznych i nieorganicznych. W wyniku tej reakcji następuje zwiększenie stopnia koordynacyjnego głównego metalu lub niemetalu, dzięki czemu otrzymane związki będą charakteryzowały się doskonałymi właściwościami katalitycznymi, które będą dedykowane do lekkiej syntezy organicznej m.in. estryfikacji, alkilowania czy kondensacji. Otrzymane związki będą charakteryzowały się wysoką innowacyjnością oraz wysoką zdolnością aplikacyjną. Najważniejszym aspektem tych badań jest odpowiednia charakterystyka materiałów, początkowo zakłada się użycie technik typu magnetycznego rezonansu jądrowego, spektroskopii Ramana, podczerwieni oraz analizy elementarnej lub ICP-OES. Dlatego też wykorzystanie linii ASTRA (dawna linia SOLABS) będzie doskonałym uzupełnieniem powyższych metod do pełnej charakterystyki nowych cieczy jonowych i pozwoli to na istotny wkład w rozwój dziedziny katalizy.

• Mechanizm wzrostu ALD cienkich warstw Cu badany in-situ z wykorzystaniem technik synchrotronowych.

Promotor: Marcin Sikora, Promotor pomocniczy: Aleksandra Szkudlarek, Realizacja: w toku, Kontakt w SOLARIS: Joanna Stępień

Krótki opis: Projekt eksperymentalny dedykowany badaniom zjawisk wpływających na morfologię i szybkość wzrostu ultracienkich warstw miedzi na podłożach twardych i elastycznych z wykorzystaniem metody ALD (ang. Atomic Layer Deposition). Wykorzystanie tego typu warstw w urządzeniach elastycznej elektroniki wymaga zrozumienia procesów rządzących formowaniem wiązań i tworzeniem interfejsu między warstwą a podłożem w początkowym etapie nukleacji. Będzie to możliwe dzięki badaniom in-situ z wykorzystaniem technik spektroskopii rentgenowskiej – metody XAS i XRF. Projekt będzie realizowany w ramach grantu NCN OPUS-LAP (współpraca bilateralna między ACMiN AGH i EMPA Thun, Szwajcaria) w trzech fazach: badania spektroskopowe ex-situ, uruchomienie komory do badan in-situ i badania spektroskopowe in-situ.

• Badania struktury pasmowej topologicznie nietrywialnych semimetali Weyla i/lub Diraca w układach chiralnych.

Promotor: do ustalenia, Realizacja: trwa rekrutacja, Kontakt w SOLARIS: Natalia Olszowska
Krótki opis: Badanie i analiza struktury pasmowej (ARPES) oraz spinowej (spin-ARPES) topologicznie nietrywialnych semimetali Weyla i/lub Diraca w układach chiralnych takich jak CdAs2 czy NbAs2 wraz z modyfikacją struktury powierzchniowej przez nanoszenie metali alkalicznych w celu badania pasm przewodnictwa. W ramach pracy doktorskiej należy wykonać optymalizację filtrów spinowych wraz z pomiarami funkcji Shermana oraz analizą spinową pasm w punktach i liniach nodalnych.

• Synteza niekonwencjonalnych nadprzewodników i badania ich własności metodami lokalnymi.

Promotor: Damian Rybicki, Wojciech Tabiś, Realizacja: w toku , Kontakt w SOLARIS: Jakub Szlachetko

Krótki opis: Celem projektu będzie synteza, a następnie zbadanie właściwości strukturalnych i elektronowych niekonwencjonalnych nadprzewodników. Synteza związków na bazie Fe zostanie przeprowadzona w ramach współpracy pomiędzy Akademią Górniczo-Hutniczą (AGH) a Instytutem Niskich Temperatur i Badań Strukturalnych we Wrocławiu. Do badania właściwości strukturalnych materiałów zostaną wykorzystane lokalne sondy, takie jak magnetyczny rezonans jądrowy (NMR), spektroskopia absorpcyjna promieniowania rentgenowskiego oraz rozpraszanie promieniowania rentgenowskiego. Ponadto, pomiary transportu elektronowego i magnetooporu (również pod ciśnieniem jednoosiowym) posłużą do określenia właściwości nadprzewodnikowych i elektronowych tych materiałów. Takie komplementarne eksperymenty pozwolą określić wpływ szczegółów struktury elektronowej i krystalograficznej na niekonwencjonalne nadprzewodnictwo. Podczas gdy pomiary NMR będą prowadzone w AGH, spektroskopia rentgenowska i techniki rozpraszania promieniowania będą podstawowymi metodami stosowanymi w synchrotronie SOLARIS. Dodatkowe badania nad transportem elektronowym i dyfrakcją rentgenowską zostaną przeprowadzone na AGH i TU Wien w ramach istniejącej już współpracy.

• Projektowanie i wykonanie polarymetru dla linii badawczych w synchrotronie SOLARIS.

Opiekun naukowy: Marcin Sikora,  Opiekun pomocniczy: Marcin Zając Realizacja: w toku, Kontakt w SOLARIS: Marcin Zając

Krótki opis: *Realizacja projektu nastąpi w ramach doktoratu wdrożeniowego w ścisłej współpracy z zainteresowaną firmą. Nabór wniosków: czerwiec 2023.* Część linii badawczych w synchrotronie SOLARIS oferuje metody badawcze wykorzystujące światło o zmiennej polaryzacji w zakresie miękkiego promieniowania X. W naukach przyrodniczych metody te pozwalają dostarczyć informacje o chiralności związków biologicznych, dynamice molekuł, teksturze spinowej czy strukturach magnetycznych i elektronowych ciał stałych. W wymienionych procesach wielkość obserwowanych efektów zależy od stopnia polaryzacji. Stopień polaryzacji można obliczyć, jednak ulega on zmianie podczas oddziaływania promieniowania z optyką rentgenowską i bez narzędzia pomiarowego nie można go dokładnie określić. Celem projektu jest zaprojektowanie i wytworzenie polarymetru dla zakresu miękkiego promieniowania X, dostosowanego do potrzeb i możliwości zainteresowanych linii badawczych, z wymiennymi elementami optycznymi o zmotoryzowanych uchwytach, systemem magazynowania i wymiany elementów optycznych bez konieczności łamania próżni w polarymetrze oraz systemem transferowym. W projekcie przewiduje się możliwość konsultacji i współpracy z innymi ośrodkami synchrotronowymi używającymi podobną aparaturę.

• Materiały na bazie domieszkowanego NiTiO3 do zastosowań w katalizie.

Promotor: Ewa Drożdż, Realizacja: trwa rekrutacja, Kontakt w SOLARIS: Alexey Maximenko

Krótki opis: Celem badań jest zaprojektowanie, synteza i określenie właściwości materiałów na bazie domieszkowanego pierwiastkami bloku d tytanianu strontu. Materiały będą otrzymane metodą syntezy mokrej i kalcynowane w różnych temperaturach. Otrzymane proszki zostaną podzielone na dwie części. Materiały z pierwszej części zostaną poddane badaniom strukturalnym (XRD), mikrostrukturalnym (SEM, DLS, BET) oraz zostanie określony ich [potencjał do brania udziału w reakcjach redox (TPR/TPOx). Określenie stopnia utlenienia kationów oraz ich otoczenia koordynacyjnego dokonane zostanie na podstawie badań z wykorzystaniem promieniowania synchrotronowego (XAS). Materiały te również będą testowane jako katalizatory w reakcjach dezaktywacji NOx oraz VOC i w reakcji suchego reformingu metanu (DRM). Druga część proszków będzie formowana w pastylki a następnie spiekana w różnych temperaturach a otrzymane spieki będą poddane badaniom strukturalnym (XRD), mikrostrukturalnym (SEM, DLS, BET) oraz będą określane ich właściwości elektryczne.

• Automatyzacja i optymalizacja identyfikacji środków magnetycznych magnesów kwadrupolowych w pierścieniu akumulacyjnym synchrotronu Solaris z wykorzystaniem fizycznie uwarunkowanych modeli neuronowych.

Promotor: Tomasz Szumlak, Realizacja: w toku, Kontakt w SOLARIS: Adriana Wawrzyniak

Krótki opis: Celem pracy doktorskiej jest usprawnienie procesu identyfikacji środków magnetycznych magnesów kwadrupolowych w pierścieniu akumulacyjnym, umożliwiające częstszą oraz prostszą diagnostykę pozycji orbity. Zaproponowane podejście opiera się na innowacyjnym połączeniu danych z zakresu fizyki akceleratorowej z fizycznie uwarunkowanymi sieciami neuronowymi PINN (Physics-Informed Neural Networks). Opracowane rozwiązania docelowo pozwolą na adaptację podobnych narzędzi do optymalizacji innych procesów w ośrodkach synchrotronowych.