Osoba zodpovedná za laboratórium, kontakt, financovanie
Laboratórium kvantového magnetizmu Prírodovedeckej fakulty UPJŠ bolo vybudované v rámci riešenia projektu zo štrukturálnych fondov „Extrem – Dobudovanie Centra pokrokočilých fyzikálnych štúdií materiálov v extrémnych podmienkach” (EU ERDF European Regional Development Fund, Grant No. ITMS 26220120047).
Prof. RNDr. Alexander Feher, DrSc – alexander.feher@upjs.sk
Prof. Ing. Martin Orendáč, CSc. – martin.orendac@upjs.sk
doc. RNDr. Alžbeta Orendáčová, DrSc – alzbeta.orendacova@upjs.sk
RNDr. Erik Cizmar, PhD. – erik.cizmar@upjs.sk
RNDr. Marcela Kajňaková, PhD. – marcela.kajnakova@upjs.sk
Umiestnenie laboratória
Laboratórium kvantového magnetizmu je umiestnené v priestoroch Ústavu fyzikálnych vied Prírodovedeckej fakulty UPJŠ v Košiciach, Park Angelinum 9.
Charakteristika
Zameraním Laboratória je štúdium prejavov kvantového magnetizmu v rôznych typoch materiálov s rôznou mierou elektrickej vodivosti, počnúc od magnetických izolátorov cez magnetické polovodiče a kovy na báze iónov prechodových kovov, vzácnych zemín a organických materiálov. Študujú sa materiály s rôznou magnetickou dimenziou (nula rozmerné – magnetické klastre resp. molekulové magnety, jednorozmerné – spinové reťazce a rebríky, dvojrozmerné – napr. magnetiká na štvorcovej, trojuholníkovej mriežke, trojrozmerné – spinové ľady, spinová kubická mriežka, atď.). Navyše, pri všetkých typoch uvedených materiálov je dôležitá spinová dimenzia, t.j. veľkosť a typ magnetickej anizotropie, ktorá stabilizuje orientáciu magnetických momentov v priestore, čo ovplyvňuje napr. formovanie magneticky usporiadanej fázy. Variabilita uvedených fyzikálnych vlastností vedie na množstvo nekonvenčných javov ako je frustrácia, kvantové víry, stav spinového ľadu, spinovej kvapaliny, vlny spinovej hustoty atď. Tieto javy špecifickým spôsobom ovplyvňujú vytváranie termodynamickej rovnováhy medzi magnetickým systémom a okolím (tvoreným mriežkou a vodivostnými elektrónmi) keď magnetický systém alebo jeho okolie vyvedieme z rovnováhy aplikáciou elektromagnetického žiarenia, tepelným pulzom, prípadne striedavým magnetickým poľom. Okrem štúdia fundamentálnych fyzikálnych vlastností, do úvahy prichádzajú aj možné praktické aplikácie, spojené s takými materiálovými vlastnosťami ako je tepelný transport, dynamické vlastnosti, magnetické chladenie a pod.
Opis poskytovaných činností
Základná konvenčná charakteristika magnetického systému tzv. magneto-štruktúrne korelácie a fázové prechody sa študujú pomocou merania tepelnej kapacity relaxačnou metódou „dual-slope“ v rozsahu teplôt od 40 mK do 4 K v nulovom magnetickom poli a v poli do 9 T. Veľkosť/hmotnosť vzoriek sa pohybuje od 1mm/10mg do 1 cm/200 mg. Okrem monokryštálov je možné študovať aj práškové, prípadne polykryštalické vzorky v tvare zlisovaných tabliet. Pri fixovaní vzorky je potrebný údaj o citlivosti vzorky na chemické zloženie fixačného materiálu.
Zmeny štruktúry vzorky a fázové prechody je možné sledovať štúdiom dielektrických vlastností meraním striedavej permitivity vo frekvenčnom rozsahu od 50 Hz do 20 kHz v teplotnej oblasti od 35 mK do 2.5 K a poliach do 7 T.
Tepelný transport je možné študovať tzv. steady-state metódou v nulovom magnetickom poli v teplotnej oblasti od 100 mK do 4 K. Vzorky sa používajú v tvare tyčinky dĺžky od 5mm do 5 cm. Pri fixovaní vzorky je potrebný údaj o citlivosti vzorky na chemické zloženie fixačného materiálu.
Magnetické chladenie je možné testovať pomocou merania magnetokalorického javu vo forme namagnetovania vzorky v kvázi-adiabatických podmienkach v teplotnej oblasti od 100 mK do 4 K a v poli do 9 T. Veľkosť/hmotnosť vzoriek sa pohybuje do 1 cm/500 mg. Okrem monokryštálov je možné študovať aj práškové, prípadne polykryštalické vzorky v tvare zlisovaných tabliet. Pri fixovaní vzorky je potrebný údaj o citlivosti vzorky na chemické zloženie fixačného materiálu.
Dynamiku, resp. magnetickú relaxáciu je možné sledovať pomocou merania striedavej susceptibility v nulovom magnetickom poli pomocou štandardnej metódy indukčných cievok v teplotnej oblasti od 100 mK do 4 K a frekvenciách od 1 Hz do 1 kHz. Veľkosť/hmotnosť vzoriek sa pohybuje do 1 cm/500 mg. Okrem monokryštálov je možné študovať aj práškové, prípadne polykryštalické vzorky v tvare zlisovaných tabliet. Pri fixovaní vzorky je potrebný údaj o citlivosti vzorky na chemické zloženie fixačného materiálu.
Zoznam aparatúr
Laboratórium kvantového magnetizmu tvoria fyzicky tri laboratóriá umiestnené v budove Ústavu fyzikálnych vied prírodovedeckej fakulty Univerzity Pavla Jozefa Šafárika, Park Angelinum 9 v Košiciach.
Laboratórium fyziky nízkych teplôt I disponuje analytickými váhami Sartorius s presnosťou na 0.1 mg, presnou rezačkou vzoriek s diamantovým drôtom a kryostatom s 1 K stupňom umožňujúcim dosahovanie teplôt v intervale 1.2 K až 10 K a magnetických polí do 3 T. V aparatúre je implementovaná steady-state metóda merania tepelnej vodivosti a tepelnej kapacity.
Laboratórium fyziky nízkych teplôt II disponuje zmiešavacím refrigerátorom TTL 200 Oxford Instruments operujúcim bez kvapalného dusíka v teplotnom intervale 50 mK – 3 K a v magnetickom poli do 9 T. V aparatúre sú implementované metódy merania tepelnej kapacity, tepelnej vodivosti, magnetokalorického javu a striedavej susceptibility.
Laboratórium fyziky nízkych teplôt – Minirefrigerátor disponuje zmiešavacím minirefrigerátorom MINIDIL firmy Air Liquid operujúcim bez kvapalného dusíka v teplotnom intervale 35 mK – 2.5 K a v magnetickom poli do 7 T. V aparatúre sú implementované metódy merania tepelnej kapacity a striedavej permitivity. Pri príprave vzoriek je možné použiť optický mikroskop s digitálnou kamerou.
