Kristalītu izmēra un sastāva ietekme uz polaronu veidošanos nanokristāliskajos volframātos (2020. - 2022.)

Projekta vadītājs Georgijs Bakradze

Vienošanās Nr. 1.1.1.2/16/I/001

Pētniecības pieteikuma Nr. 1.1.1.2/VIAA/3/19/444

Volframāti pārstāv lielu materiālu klasi ar plašu pielietojuma diapazonu scintilatoros, cietvielu lāzeros, fotokatalīzē, suprakondensatoros un sensoros. Volframātu īpašības kontrolē kristāliskā režģa defektu fizika un īpaši svarīgu lomu šādos materiālos spēlē polaroni. Polaronu veidošanās volframātos ir maz pētīta, bet ir svarīga to optisko un elektrisko īpašību kontrolei. Pētniecības projekta mērķis ir sistemātiski izpētīt lokālo atomāru un elektronisko struktūru nanokristāliskos volframātos, īpašu uzmanību pievēršot lokālajām režģa deformācijām, ko izraisa polaronu centru veidošanās, un to atkarībām no kristalītu izmēra, dimensionalitātes, ķīmiskā sastāva. Šis izaicinošs uzdevums tiks risināts, izmantojot modernās eksperimentālās metodes, t.sk. arī rentgenabsorbcijas spektroskopiju (XAS) un rezonanses rentgena emisijas spektroskopiju (RXES), kā arī teorētiskus aprēķinus, kas balstās uz pirmajiem principiem un atomiskām simulācijām. Visaptveroša izpratne par šo materiālu funkcionālo īpašību un defektu fizikas savstarpējo saistību būtiski uzlabos to funkcionālās īpašības atbildīgiem pielietojumiem.

Projekts tiek īstenots Latvijas Universitātes Cietvielu fizikas institūtā 36 mēnešus no 01.01.2020. līdz 31.12.2022. Projekta kopējās izmaksas ir 133'805,88 EUR.


Jaunumi par projektu

01.09.2021.

Pēdējā pārskata periodā žurnālā Acta Materialia ir publicēts raksts “Pierādījumi par niķeļa jonu dimerizāciju NiWO4 un NiWO4-ZnWO4 cietajos šķīdumos: EXAFS spektroskopijas dati un apgrieztās Montekarlo simulācijas”:

G. Bakradze, A. Kalinko, A. Kuzmin,
Evidence of dimerization of nickel ions in NiWO4 and ZncNi1-cWO4 solid solutions probed by EXAFS spectroscopy and reverse Monte Carlo simulations,
Acta Mater. 217 (2021) 117171.
DOI: 10.1016/j.actamat.2021.117171

No š.g. 11. līdz 16. jūlijam, Sidnejas universitātē (Austrālijā) rīkoja 18. Starptautisko konferenci par rentgenabsorpcijas sīkstruktūru (XAFS21). Šīs konferences ietvaros, mēs prezentējām savus rezultātus kā mutisko referātu “Nīķeļa jonu dimerizācija ZnWO4-NiWO4 cietajos šķīdumos: EXAFS spektroskopijas rezultāti”.

Uzrakstīts un iesniegts pētniecibas projekts sinhrotrona mērījumiem 2022. gada pavasarī.


02.07.2021.

Pēdējā pārskata periodā ir tapuši divi raksti, kuros mēs esam izanalizējuši ZncNi1-cWO4 cieto šķīdumu rentgenstaru absorbcijas spektroskopijas un rentgenstaru fotoelektronu spektroskopijas datus. Manuskriptā “Pierādījumi niķeļa jonu dimerizācijā NiWO4 un NiWO4-ZnWO4 cietajos šķīdumos: EXAFS spektroskopijas dati un apgrieztās Montekarlo simulācijas” ir izdarīts interesants novērojums: niķeļa joni dimerizējas gar kvazi-viendimensionālām [NiO6] ķēdēm. Mūsu atziņas ir pārsteidzošas, jo NiWO4 ir diezgan labi pazīstams materiāls. Savukārt, manuskriptā “Ni, Zn un W jonu ķīmisko stāvokļu analīze NiWO4-ZnWO4 cietajos šķīdumos ar rentgenstaru fotoelektronu spektroskopiju” ir aplūkoti rentgenstaru fotoelektronu spektroskopijas mērījumi, kas veikti ar ZncNi1-cWO4 cietajiem šķīdumiem.

Maija beigās-jūnija sākumā pēcdoktorantūras pētnieks ir piedalījies astoņu dienu HERCULES Specializētajā kursā 2021, kas bija veltīts CERIC-ERIC (Central European Research Infrastructure Consortium) multitehniskajai pieejai nanozinātnei.

Uzrakstīts un iesniegts pētniecibas projekts sinhrotrona mērījumiem 2021. gada rudenim.


08.04.2021.

Šajā laikā posmā tika apkopoti un analizēti dati par rentgenstaru absorbcijas un rentgenstaru fotoelektronu spektroskopijas pētījumiem ZncNi1-cWO4 (c=0.0-1.0) cietos šķīdumos. Uz šo datu pamata tiek rakstīti divi zinātniskie raksti.

Janvārī un februārī pētījumu rezultāti ir prezentēti divos tiešsaites pasākumos: DESY Photon Science lietotāju konferencē (stenda referāts) un LU CFI 37. zinātniskajā konferencē (mutiskais referāts).


01.01.2021.

Raksts “ZncNi1-cWO4 (c=0.0-1.0) cieto šķīdumu rentgenstaru absorbcijas un Ramana spektroskopijas pētījumi” ir nopublicēts žurnālā “Zemo temperatūru fizika”: Bakradze et al, Low Temperature Physics 46 (2020) 1412.

HASYLAB/DESY PETRA-III sinhrotrona centrā šeelītu rindas paraugiem ir veikti rezonanses rentgenstaru emisijas spektroskopijas mērījumi un rentgenabsorbcijas spektroskopijas mērījumi atkarībā no temperatūras.

Apmeklēti divi tiešsaistes semināri. Trīs dienu semināru "PETRA-IV: Tehniski izaicinājumi un zinātniska skaitļošana" organizēja HASYLAB/DESY PETRA-III sinhrotrona centrs Hamburgā, bet četru dienu semināru “Rentgenabsorbcijas spetroskopijas datu analīze un modelēšana” organizēja Canadian Light Source sinhrotrona centrs.


01.10.2020.

Raksts “ZncNi1-cWO4 (c=0.0-1.0) cieto šķīdumu rentgenstaru absorbcijas un Ramana spektroskopijas pētījumi” ir pieņemts publikācijai žurnālā “Zemo temperatūru fizika”.

Sintezēti Nd2(WO4)3, CaWO4, SrWO4, BaWO4, un PbWO4 paraugi un veikta to analīze: to tīrība ir apstiprināta ar rentgenstaru difrakcijas analīzes un rentgenstaru fotoelektronu spektroskopijas palīdzību. Ir veikti šo paraugu rentgenabsorbcijas spetroskopijas mērījumi HASYLAB/DESY PETRA-III sinhrotrona centrā no 09.09.2020. līdz 14.09.2020. PETRA-III P65 darba stacijā.

Apmeklēti tiešsaistes seminārs - kuru organizēja ESRF sinhrotrons Grenoblē - "Rentgenabsorbcijas spektroskopija ķīmisko problēmu risināšanai" (18. septembrī).

Uzrakstīts un iesniegts pētniecibas projekts sinhrotrona mērījumiem 2021. gada pavasarī.


01.07.2020.

NiWO4 un ZnWO4 cieto šķīdumu struktūras pētījumu rezultāti raksturojumi ir apkopoti rakstā “ZncNi1-cWO4 (c=0.0-1.0) cieto šķīdumu rentgenstaru absorbcijas un Ramana spektroskopijas pētījumi”, kas ir iesniegts publikācijai žurnālā “Zemas temperatūras fizika”.

Uzsākts darbs pie skaitļošanas koda Crystal izmantošanas, lai modelētu polaronu interkalāciju volframātu struktūrā.

Apmeklēti divi tiešsaistes semināri - kurus organizēja DESY sinhrotrons Hamburgā - "Rentgenstaru pulvera difrakcija - jaunas iespējas pētniecībai un rūpniecībai" (22.-25. jūnijā) un "Rentgenabsorbcijas spektroskopijas perspektīvas un jaunas iespējas" (29.-30. jūnijā).


01.04.2020.

Veikta iepazīšanās ar literatūru un institūtā pieejamām analītiskām metodēm, kas būs noderīgas projekta izpildē. Sintezēti NiWO4, ZnWO4 un CuMo1-xWxO4 paraugi un veikta to analīze: to tīrība apstiprināta ar rentgenstaru difrakcijas analīzes un rentgenstaru fotoelektronu spektroskopijas palīdzību. Uzrakstīts un iesniegts pētniecibas projekts sinhrotrona mērījumiem. Sākts darbs pie Crystal skaitļošanas programmas apgūves.