Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Nobel 2010 Wykład 28.10.2010 Tadeusz Hilczer. Nobel 10 Tadeusz Hilczer GRAFEN.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Nobel 2010 Wykład 28.10.2010 Tadeusz Hilczer. Nobel 10 Tadeusz Hilczer GRAFEN."— Zapis prezentacji:

1 Nobel 2010 Wykład Tadeusz Hilczer

2 Nobel 10 Tadeusz Hilczer GRAFEN

3 Nobel 10 Tadeusz Hilczer Andriej Gejm Konstantin Nowosiołow

4 Alfred Bernhard Nobel ( ) przemysłowiec i naukowiec szwedzki, wynalazca dynamitu fundator nagrody Alfred Nobel Tadeusz Hilczer

5 Od roku 1901 corocznie przyznawane są Nagrody Nobla przez – Królewską Szwedzką Akademię Nauk za: "najważniejsze odkrycie lub wynalazek w dziedzinie fizyki", "najważniejsze odkrycie lub postęp w dziedzinie chemii", – Instytut Karolinska za "najważniejsze odkrycie w dziedzinie fizjologii lub medycyny", – Akademię Szwedzką za "wybitną pracę na rzecz idealistycznych tendencji (literacka) – Norweski Komitet Noblowski za "najlepszą pracę na rzecz braterstwa między narodami, likwidacji lub redukcji stałych armii oraz za udział i promocję stowarzyszeń pokojowych". (pokojowa) Nagroda Nobla Tadeusz Hilczer

6 Od roku 1968 corocznie przyznawane są Nagrody im. Alfreda Nobla przez Bank Szwecji w dziedzinie ekonomii W roku 1968 zadecydowano, że nie będzie się zwiększać liczby dziedzin, w których są przyznawane nagrody. Nagroda im. Nobla Tadeusz Hilczer

7 Pierwsza uroczystość wręczenia Nagrody Nobla w Królewskiej Akademii Muzycznej w Sztokholmie – Jean Henri Dunant – założyciel Czerwonego Krzyża – Frederic Passy - działania arbitrażowe dla załagodzenia konfliktów międzynarodowych Od roku 1902 nagrody Nobla formalnie przyznaje król Szwecji Każdy z laureatów otrzymuje złoty medal, dyplom honorowy oraz znaczną kwotę pieniężną – Obecnie cała nagroda ok. 10 milionów koron szwedzkich Nagroda Nobla Tadeusz Hilczer

8 Najmłodszy noblista 1915 r. (w dziedzinie fizyki) William Lawrence BRAGG -miał 25 lat Najstarszy noblista 2007 r. (w dziedzinie ekonomii) Leonid HURWICZ (obywatelstwo USA, urodzony w polskiej rodzinie w Moskwie, wychowany w Warszawie, absolwent UW) - miał 90 lat Nagroda Nobla Tadeusz Hilczer

9 1901 Wilhelm Conrad Röntgen ( ) fizyk niemiecki Pierwsza Nagroda Nobla z dziedziny fizyki Tadeusz Hilczer

10 Andriej Konstantinowicz Gejm Tadeusz Hilczer

11 Андрей Константинович Гейм – urodzony 21 października 1958 w Soczi – fizyk rosyjski pochodzenia niemieckiego – obywatelstwo rosyjskie i holenderskie – wynalazł materiał gecko tape – laureat Nagrody Antynobel 2000 za eksperyment z lewitacją diamagnetyczną (latająca żaba) – laureat Nagrody Nobla 2010 za odkrycie i zbadanie własności grafenu (z K.S.Nowosiołowym) Andriej Konstantinowicz Gejm Tadeusz Hilczer

12 latająca żaba Andriej Konstantinowicz Gejm Tadeusz Hilczer

13 – studia z ogólnej fizyki stosowanej w Moskiewskim Instytucie Fizyko-Technicznym kandydat nauk matematyczno-fizycznych - Instytut Fizyki Ciała Stałego, Czernogołowka pracownik naukowy – Instytut Technologii Mikroelektronicznej, Czernogołowka postdoc – Uniwersytet w Nottingham, Bath, Kopenhadze profesor Uniwersytetu w Nijmengen profesor Uniwersytetu w Manchester 2002 – dyrektor Centrum Materiałów Innowacyjnych i Nanotechnologii 2007 – Langworthy profesor Uniwersytetu w Manchester Andriej Konstantinowicz Gejm Tadeusz Hilczer

14 Andriej Konstantinowicz Gejm Tadeusz Hilczer

15 Andriej Konstantinowicz Gejm Tadeusz Hilczer

16 Konstantin Siergiejewicz Nowosiołow Tadeusz Hilczer

17 Константин Сергеевич Новосёлов – Urodzony 23 sierpnia 1974 w Niżnym Tagile – fizyk rosyjski – obywatelstwo rosyjskie i angielskie – laureat Nagrody Nobla 2010 za odkrycie i zbadanie własności grafenu (z A.K.Geimem) Konstantin Siergiejewicz Nowosiołow Tadeusz Hilczer

18 1990 i uczestnik wszechzwiązkowych olimpiad: fizycznej i matematycznej studia w Moskiewskim Instytucie Fizyko- Technicznym na wydziale elektroniki fizycznej i kwantowej na kierunku mikroelektroniki – doktorant w Instytucie Technologii Mikroelektronicznej w Czernogołowce –asystent prof. Geima - Uniwersytet w Nijmengen 2001 – pracownik naukowy - Uniwersytet w Manchester 2004 – doktorat (promotor A.Geim) Prowadzi badania w dziedzinie fizyki mezoskopowej oraz nanotechnologii Konstantin Siergiejewicz Nowosiołow Tadeusz Hilczer

19 Węgiel (carboneum) pierwiastek chemiczny – symbol C – liczba atomowa 6. – grupa 14 okresowego układu – trzy naturalnie występujące izotopy 12 C oraz 13 C - trwałe 14 C - promieniotwórczy – czas połowicznego zaniku ok lat. – niemetal – średni ciężar atomowy: amu. – jeden z niewielu pierwiastków znanych w starożytności – nazwę polską zaproponował Filip Walter (1842) Węgiel – podstawowe własności Tadeusz Hilczer

20 Konfiguracja elektronów: 1s 2 2s 2 2p 2 Cztery elektrony walencyjne 2s i 2p mają formę orbitali hybrydowych S. Thompson and J. Staley. Orbitals and Molecular Representation, Orbitals.pdf. Węgiel – podstawowe własności Tadeusz Hilczer

21 Wszystkie formy występowania węgla są bardzo trwałe, – żeby przereagować nawet z tlenem wymagają wysokiej temperatury Największe ilości węgla – nieorganicznego występują w skałach wapiennych, dolomitów i dwutlenku wegla – organicznego w paliwach kopalnych Węgiel tworzy więcej związków niż wszystkie inne pierwiastki chemiczne. – znanych jest ponad 10 milionów – Teoretycznych kilkadziesiąt razy więcej Węgiel jest czwartym pierwiastkiem z najczęściej występujących we Wszechświecie (H, He, O, C, …) Jest we wszystkich organizmach żywych Węgiel – podstawowe własności Tadeusz Hilczer

22 Węgiel ma najwyższą temperaturę topnienia i sublimacji ze wszystkich pierwiastków. – Przy ciśnieniu atmosferycznym nie występuje topnienie – Punkt potrójny występuje przy 10 Mpa – sublimuje powyżej 4000K Cykl węglowo-azotowo-tlenowy dostarcza część energii wytwarzanej przez Słońce i gwiazdy Węgiel – podstawowe własności Tadeusz Hilczer

23 Odmiany alotropowe węgla- najbardziej znane – Grafit – Diament Są w warunkach normalnych ciałem stałym Właściwości fizyczne zależą od odmiany. Diament – przeźroczysty – Jeden z najtwardszych materiałów na ziem – bardzo zły przewodnik elektryczny – najwyższe przewodnictwo cieplne ze wszystkich znanych materiałów Grafit – nieprzezroczysty i czarny – bardzo miękki – dobry przewodnik elektryczny Węgiel – podstawowe własności Tadeusz Hilczer

24 sieć grafitu Grafit Tadeusz Hilczer

25 grafit Grafit Tadeusz Hilczer

26 diament Diament Tadeusz Hilczer

27 fuleren Fuleren Tadeusz Hilczer

28 Wiązania i wiązanie McMurray and Fay. Chemistry 4 th ed., Prentice-Hall, Tadeusz Hilczer

29 Benzen Wiązanie Zdelokalizowane elektrony Nośniki przewodnictwa elektrycznego McMurray and Fay. Chemistry 4 th ed., Prentice-Hall, Tadeusz Hilczer

30 Benzen Wiązanie Zdelokalizowane elektrony Nośniki przewodnictwa elektrycznego McMurray and Fay. Chemistry 4 th ed., Prentice-Hall, Tadeusz Hilczer

31 Grafen – z wywiadu A.Geima Wyobraźcie sobie kartkę papieru ale milion razy cieńszą. Jest to grubość grafenu. Wyobraźcie sobie materiał trwardszy od diamentu. To jest twardość grafenu (w płaszczyźnie). Wyobraźcie sobie materiał bardziej przewodzący niż miedź. Jest to przewodnictwo grafenu. Wyobraźcie sobie urządzenie badające te same własności fizyczne jak urządzenie, które mają naukowcy w CERN, ale takie małe, że zmieści się na twoim biurku. Grafen pozwoli to zrealizować. Tadeusz Hilczer

32 Grafen jedna z alotropowych form węgla zbudowany z pojedynczej warstwy atomów węgla tworzących połączone pierścienie sześcioczłonowe Atomy węgla tworzą płaską, praktycznie dwuwymiarową sieć, której struktura przypomina plaster miodu. Długość wiązań węgiel-węgiel wynosi ok. 0,142 nm ostatni element szeregu wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych Tadeusz Hilczer

33 © Dr. Chris Ewels, Inst. of Materials Grafen – struktura plastra miodu Tadeusz Hilczer

34 Grafen ma 2 atomy w komórce © Dr. Chris Ewels, Inst. of Materials Grafen – struktura plastra miodu - A atom - B atom Tadeusz Hilczer

35 © Dr. Chris Ewels, Inst. of Materials - A atom - B atom Grafen – struktura plastra miodu Tadeusz Hilczer

36 obraz grafenu w elektronowym mikroskopie transmisyjnym Grafen Tadeusz Hilczer

37 Grafen Tadeusz Hilczer

38 Bardzo dobry przewodnik ciepła – około 5000 W/mK srebro: 429 W/mK Bardzo mały opór elektryczny Bardzo wysoka ruchliwość elektronów – cm²/Vs (w temperaturze pokojowej przy założeniu jedynie rozpraszania na fononach) Krzem: 1500 cm²/Vs, Arsenek galu 8500 cm²/Vs Olbrzymia prędkość przepływu elektronów – (1/300) c możliwość badania efektów relatywistycznych dla elektronu poruszającego się w przewodniku Grafen – podstawowe własności Tadeusz Hilczer

39 Prawie przeźroczysty – Pochłania 2,3 % światła Nie przepuszcza nawet atomów helu Bardzo mocny – 100 razy więcej niż stał Elastyczny – Daje się rozciągać o 20 %. Grafen – podstawowe własności Tadeusz Hilczer

40 Może w wielu zastosowaniach zastąpić krzem – W MIT zbudowano eksperymentalny mnożnik częstotliwości, który podwoił dwukrotnie częstość sygnału – prawdopodobieństwo osiągnięcia częstości do 100 GHz Przeźroczystość i duże przewodnictwo można wykorzystać do wyświetlaczy dotykowych, źródeł światła i innych. Można zbudować czujniki, które mogą rejestrować pojedyncze cząsteczki Jako dodatek do tworzyw sztucznych zmienia ich własności – Przewodzą prąd elektryczny – Są bardziej odporne na ciepło – Są bardziej wytrzymałe mechanicznie Grafen – widoki na przyszłość Tadeusz Hilczer

41 Nie można otrzymać w stanie wolnym – jest nietrwały i łatwo tworzy struktury trójwymiarowe (np. fulereny czy nanorurki) Otrzymuje się metodami mikromechanicznymi. – wyizolować można struktury o grubości od jednej do kilku warstw osadzonych na nośniku Na początku roku 2009 uczeni koreańscy z Uniwersytetu Sungkyunkwan donieśli o opracowaniu metody pozwalającej na produkcję fragmentów o powierzchni do 1 cm² Grafen – podstawowe własności Tadeusz Hilczer

42 Andre K. Geim and K.S. Novoselov, The rise of graphene. cond-mat/ Grafen grafen fuleren nanorurka grafit Tadeusz Hilczer

43 Formy grafitowe wymiar konfiguracja wiązanie 3D (grafit) sp 2,, van der Waals 2D (grafen) sp 2, (Geim, Nowosiołow, 2004) 1D (nanorurka) sp 2 (zmodyfikowana) (więcej), (mniej) (Iijima, 1991) 0D (fuleren) sp 2 (zmodyfikowana) (więcej), (mniej) (Kroto, 1997) Tadeusz Hilczer

44 Fotografia pierwszego tranzystora Halla na bazie cienkiej błony z grafitu Tranzystor na bazie grafitu 50 m Tadeusz Hilczer

45 Fotografia z mikroskopu elektronowego tranzystora Halla na bazie z grafenu Szerokość kanału 1 m Tranzystor na bazie grafenu Tadeusz Hilczer

46 V C G pasmo przewodnictwa (pasmo puste) pasmo wzbronione (przerwa energetyczna) pasmo walencyjne (pasmo zapełnione) Model pasmowy

47 Model pasmowy grafenu Tadeusz Hilczer

48 Energia E(k) cząstki (quasicząstki) w paśmie przewodnictwa jest funkcją quasi-pędu Dla elektronu i kryształów regularnych m e – masa efektywna Pomijając czynnik stały energia jest analogiczna do zależności energii ruchu swobodnego cząstki o masie m e od jej pędu Tadeusz Hilczer Masa efektywna

49 Zależność elektronowej i dziurowej masy efektywnej od stężenia nośników Typ zależności świadczy o liniowym prawie dyspersji Grafen Tadeusz Hilczer

50 Ambipolarny efekt pola elektrycznego Grafen Tadeusz Hilczer

51 Efekt Halla – Edwin H. Hall, 1879 Napięcie Halla – występowanie różnicy potencjałów w przewodniku przez który płynie prąd elektryczny, gdy znajduje się on w poprzecznym do płynącego prądu polu magnetycznym. – wywołane działaniem siły Lorentza na ładunki poruszające się w polu magnetycznym. Tadeusz Hilczer Klasyczny efekt Halla

52 na każdy elektron poruszający się w przewodniku umieszczonym w polu magnetycznym działa siła Lorentza – ładunki nie będą rozłożone równomiernie. – Wytworzy się różnica potencjałów - napięcie Halla: B - natężenie pola elektromagnetycznego (indukcja); U H - napięcie Halla; V D - prędkość unoszenia; d - grubość przewodnika Tadeusz Hilczer Klasyczny efekt Halla

53 przy wyprowadzaniu wzoru na napięcie Halla założono, że wszystkie elektrony mają tę samą prędkość. prędkości elektronów w ciele stałym mają pewien rozkład opisany przez – statystykę Fermi-Diraca w przewodniku – w półprzewodniku można przybliżyć ten rozkład rozkładem Maxwella część elektronów ma prędkość większą, a część mniejszą od średniej. – na szybsze elektrony większy wpływ ma siła Lorentza, – na wolniejsze większy wpływ ma siła Coulomba. – szybsze i wolniejsze elektrony są odchylane ku przeciwnym końcom ciała w kierunku poprzecznym do kierunku prądu. – Elektrony szybsze powodują wzrost temperatury powstaje gradient temperatury i dyfuzja elektronów efekt Ettinghausena Tadeusz Hilczer Klasyczny efekt Halla

54 Kwantowy efekt Halla – podstawy jak klasyczny efekt Halla – Występuje w niższych temperaturach w wyższych polach magnetycznych. Obniżanie temperatury i zwiększanie pola magnetycznego pozwala zaobserwować: – oscylacje kwantowe - efekt Szubnikowa - de Haasa – całkowity kwantowy efekt Halla – ułamkowy kwantowy efekt Halla Całkowity kwantowy efekt Halla stosowany jest do wyznaczania jednostki oporu elektrycznego w SI – jednostka klitzing Tadeusz Hilczer Kwantowy efekt Halla

55 Całkowity kwantowy efekt Halla – Klaus von Klitzing, Nagroda Nobla 1985 r. – warunkami koniecznymi do zaobserwowania jest: bardzo niska temperatura (<4,2 K) silne pole magnetyczne (do kilku tesli) – można zaobserwować na zależności oporu Halla od indukcji pola magnetycznego opór Halla - potencjał Halla podzielony przez prąd sterujący płynący wzdłuż próbki – próbka musi mieć specjalną strukturę Swoboda elektronów przewodnictwa tylko w dwóch wymiarach – dwuwymiarowy gaz elektronowy – opór elektryczny ma określone dyskretne wartości, jak inne skwantowane wielkości fizyczne (ładunek elektryczny, pęd, energia elektronów w atomach pierwiastków chemicznych. Tadeusz Hilczer Kwantowy efekt Halla

56 Podłużny magnetoopór i przewodnictwo Hala w zależności od napięcia na szczelinie Połówkowe kwantowanie potwierdza, że kwazicząstki w grafenie są bezmasowymi fononami Diraca Kwantowy efekt Halla w grafenie Tadeusz Hilczer

57 Profesor Stanisław Loria ( ) W latach kierownik Zakładu Fizyki Doświadczalnej II Uniwersytetu im.A.Mickiewicza w Poznaniu

58 Tadeusz Hilczer Fundacja Nobla

59 Tadeusz Hilczer Fundacja Nobla

60 Tadeusz Hilczer Fundacja Nobla

61 Tadeusz Hilczer Fundacja Nobla

62 Tadeusz Hilczer Fundacja Nobla


Pobierz ppt "Nobel 2010 Wykład 28.10.2010 Tadeusz Hilczer. Nobel 10 Tadeusz Hilczer GRAFEN."

Podobne prezentacje


Reklamy Google