Znajdź zawartość

Niewiele związków jest dziś równie istotnych dla przemysłu i medycyny co ditlenek tytanu. Mimo różnorodności i popularności zastosowań, część zagadnień związanych z budową powierzchni materiałów tworzonych z tego związku i zachodzącymi w niej procesami wciąż pozostaje niejasnych. Niektóre ze swoich tajemnic ditlenek tytanu właśnie odsłonił przed naukowcami z Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk. W swoich badaniach po raz pierwszy wykorzystali oni synchrotron SOLARIS. W wielu reakcjach chemicznych ditlenek tytanu (TiO2) pojawia się w roli katalizatora. Jako pigment występuje w tworzywach sztucznych, farbach czy kosmetykach, z kolei w medycznych implantach gwarantuje ich wysoką biokompatybilność. Ditlenek tytanu jest dziś praktycznie wszechobecny, co wcale nie oznacza, że ludzkość poznała już jego wszystkie właściwości. Realizująca projekt badawczy na synchrotronie SOLARIS grupa naukowców z Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk (IFJ PAN) w Krakowie, kierowana przez dr. hab. Jakuba Szlachetkę, zdołała rzucić nieco światła na szczegóły procesów utleniania zewnętrznych warstw próbek tytanowych oraz związane z nimi zmiany w strukturze elektronowej tego materiału. Badania ditlenku tytanu zainaugurowały obecność naukowców IFJ PAN w programach badawczych realizowanych na synchrotronie SOLARIS. Urządzenie, działające w ramach Narodowego Centrum Promieniowania Synchrotronowego, jest zlokalizowane w Krakowie na terenie kampusu 600-lecia Uniwersytetu Jagiellońskiego. Promieniowanie synchrotronowe odkryto w 1947 roku, gdy w firmie General Electric uruchomiono akcelerator, który za pomocą magnesów zakrzywiał tor ruchu przyspieszanych elektronów. Cząstki zaczynały wtedy chaotycznie emitować światło, traciły więc energię – a przecież miały ją zyskiwać! Promieniowanie synchrotronowe uznano zatem za efekt niepożądany. Dopiero dzięki kolejnym generacjom źródeł promieniowania synchrotronowego osiągnięto większe natężenia i lepszą jakość wiązek emitowanego światła, w tym wysoką powtarzalność impulsów o praktycznie zawsze takich samych cechach. Synchrotron SOLARIS, największe i najnowocześniejsze urządzenie tego typu w Europie Środkowej, składa się z dwóch głównych części. Pierwszą tworzy liniowy akcelerator elektronów o długości 40 m. Cząstki zyskują tu energię 600 megaelektronowoltów, po czym trafiają do drugiej części aparatury: do wnętrza pierścienia akumulacyjnego o obwodzie 96 m, gdzie na ich drodze umieszczono magnesy zakrzywiające oraz wigglery i undulatory. Te ostatnie to zespoły naprzemiennie zorientowanych magnesów, wewnątrz których tor ruchu elektronów zaczyna przypominać kształtem sinusoidę. To właśnie wtedy "zataczające się" elektrony emitują promieniowanie synchrotronowe, kierowane do odpowiednich stacji końcowych z aparaturą pomiarową. Fale elektromagnetyczne wytwarzane przez SOLARIS są klasyfikowane jako miękkie promieniowanie rentgenowskie. Unikatowe cechy promieniowania synchrotronowego znajdują wiele zastosowań: pomagają w pracach nad nowymi materiałami, śledzeniu przebiegu reakcji chemicznych, pozwalają prowadzić doświadczenia przydatne dla rozwoju nanotechnologii, mikrobiologii, medycyny, farmakologii i wielu innych dziedzin nauki i techniki. Badania na synchrotronie SOLARIS otwierają zupełnie nowe możliwości, nic dziwnego, że o czas pomiarowy aplikuje tu wiele zespołów naukowych z kraju i świata. Choć nasz instytut – podobnie jak synchrotron SOLARIS – mieści się w Krakowie, jak wszyscy rywalizowaliśmy jakością proponowanych badań o czas pracy na odpowiedniej stacji pomiarowej - mówi prof. dr hab. Wojciech M. Kwiatek, kierownik Oddziału Badań Interdyscyplinarnych w IFJ PAN i jednocześnie Prezes Polskiego Towarzystwa Promieniowania Synchrotronowego. Prof. Kwiatek zauważa, że w dobie ograniczeń w podróżowaniu, wynikających z rozwoju pandemii, możliwość prowadzenia zaawansowanych badań fizycznych praktycznie na miejscu jest ogromną zaletą. Swoje najnowsze pomiary, współfinansowane ze środków Narodowego Centrum Nauki, naukowcy z IFJ PAN przeprowadzili na stacji badawczej XAS krakowskiego synchrotronu. Rejestrowano tu, w jaki sposób promieniowanie rentgenowskie jest pochłaniane przez warstwy powierzchniowe próbek tytanowych, wcześniej wytworzonych w Instytucie w starannie kontrolowanych warunkach. Skoncentrowaliśmy się na obserwacjach zmian struktury elektronowej powierzchniowych warstw próbek w zależności od zmian temperatury i postępu procesu utleniania. W tym celu wygrzaliśmy w różnych temperaturach i w atmosferze otoczenia dyski tytanowe, które po przetransportowaniu do stacji badawczej synchrotronu naświetlaliśmy wiązką promieniowania synchrotronowego, czyli promieniowaniem rentgenowskim. Ponieważ właściwości promieniowania synchrotronowego są doskonale znane, mogliśmy za jego pomocą precyzyjnie określić strukturę nieobsadzonych stanów elektronowych atomów tytanu i na tej podstawie wnioskować o zmianach w strukturze samego materiału - mówi doktorantka Klaudia Wojtaszek (IFJ PAN), pierwsza autorka artykułu opublikowanego w czasopiśmie Journal of Physical Chemistry A. Ditlenek tytanu występuje w trzech odmianach polimorficznych, charakteryzujących się różną budową krystalograficzną. Najpopularniejszą jest rutyl, jako minerał występujący pospolicie w wielu skałach (pozostałe odmiany to anataz i brukit). Badania na synchrotronie SOLARIS pozwoliły krakowskim fizykom precyzyjnie odtworzyć proces formowania się fazy rutylowej. Okazało się, że powstaje ona w niższych temperaturach niż sądzono do tej pory. Nasze badania mają charakter podstawowy, dostarczają fundamentalnej wiedzy o strukturze materiału. Struktura ta ma jednak ścisły związek z właściwościami fizykochemicznymi powierzchni ditlenku tytanu. Potencjalnie nasze wyniki mogą więc znaleźć zastosowanie na przykład przy optymalizowaniu właściwości powierzchniowych implantów medycznych - podsumowuje dr Anna Wach (IFJ PAN), która była odpowiedzialna za wykonanie eksperymentu na synchrotronie SOLARIS. « powrót do artykułu

W gwiazdozbiorze Pegaza znajduje się układ planetarny BD+14 4559. Został on odkryty przez polskich astronomów pracujących pod kierunkiem prof. Andrzeja Niedzielskiego z Centrum Astronomii UMK. Z okazji 100. rocznicy istnienia Międzynarodowej Unii Astronomicznej został zorganizowany konkurs IAU100 NameExoWorlds. W jego ramach każdy kraj na świecie otrzymał do nazwania układ składający się z jednej gwiazdy i jednej planety. Układ, który możemy nazwać znajduje się w odległości 161 lat świetlnych od Ziemi. Wokół mniejszej, mniej masywnej i chłodniejszej od Słońca gwiazdy krąży tam planeta o masie o 4% większej od masy Jowisza i promieniu o 23% większym niż promień Jowisza. Obiega ona gwiazdę w odległości 0,78 j.a. w ciągu 269 ziemskich dni. Gwiazdę BD+14 4559 można obserwować z Ziemi nawet przez lornetkę. Znajduje się ona w gwiazdozbiorze Pegaza przy granicy z konstelacją Delfina. Teraz każdy z nas może wziąć udział w głosowaniu nad nazwą dla gwiazdy i planety. Propozycje, które przeszły do drugiego etapu konkursu to: Geralt i Ciri, Jantar i Wolin, Piast i Lech, Polon i Rad, Solaris i Pirx, Swarog i Weles oraz Twardowski i Boruta. Głosowanie trwa do końca października. « powrót do artykułu

Polski synchrotron otwiera swoje podwoje dla naukowców i badaczy zarówno z kraju, jak i z zagranicy. Od 9 kwietnia do 20 maja, za pomocą platformy internetowej SOLARIS Digital User Office można nadsyłać propozycje badań, do realizacji których niezbędne jest promieniowanie synchrotronowe. Użytkownicy rozpoczną pracę na liniach badawczych UARPES, PEEM I XAS jeszcze w październiku tego roku. To wyjątkowy moment dla polskiej nauki! Synchrotron to jedna z najnowocześniejszych technologii badawczych, jakie zostały stworzone przez człowieka. Powstające w synchrotronie promieniowanie elektromagnetyczne o szerokim spektrum może być wykorzystywane interdyscyplinarnie. Do tej pory jedyną możliwością przeprowadzenia badań na synchrotronie dla polskich naukowców było aplikowanie do zagranicznych ośrodków. Teraz będzie to możliwe w Polsce, w Krakowie, w Narodowym Centrum Promieniowania Synchrotronowego SOLARIS. Tym samym Polska i jej ośrodek będący jednostką Uniwersytetu Jagiellońskiego dołącza do elitarnego grona krajów, w których możliwie jest przeprowadzenie badań z zastosowaniem promieniowania synchrotronowego. Fakt ten ma szczególne znaczenie dla rejonu Europy Środkowo – Wschodniej, w której krakowska infrastruktura jest jedynym takim miejscem. Ośrodki synchrotronowe tworzą ścisłą, międzynarodową sieć współpracy, która stanowi unikatową platformę badawczą, służącą rozwojowi nie tylko nauki, ale także przemysłu. Udostępnienie w SOLARIS jednej z najbardziej zaawansowanych technologii badawczych na świecie jest ukoronowaniem wielu lat starań i przygotowań. Czekali na tą chwilę nie tylko inicjatorzy i twórcy tego wyjątkowego przedsięwzięcia, ale przede wszystkim badacze, dla których ta szczególna infrastruktura powstała, z których wielu zrzeszonych jest w Polskim Towarzystwie Promieniowania Synchrotronowego. Co niezwykle istotne, w ramach ogłoszonego przez ośrodek naboru będą oni mogli realizować swoje projekty bezpłatnie. Sam wniosek o dostęp do synchrotronu musi zawierać merytoryczny opis eksperymentu oraz szczegółowe wymagania techniczne, konieczne do jego realizacji. Po ich zaakceptowaniu, projekt będzie oceniany merytorycznie przez międzynarodową komisję. O zakwalifikowaniu wniosku decydować będzie nowatorski zakres tematyki badań, stopień sprecyzowania hipotezy naukowej oraz jasno określona metodologia. Kluczowe znaczenie będzie miało również przekonujące uzasadnienie celowości zastosowania promieniowania synchrotronowego. W ramach obecnego naboru naukowcy przeprowadzać będą swoje badania w okresie od października 2018 do stycznia 2019 roku. Dzięki sprofilowaniu linii eksperymentalnych każdy synchrotron na świecie posiada obszary badawcze, w których się specjalizuje. W krakowskim ośrodku na początek zostaną udostępnione: linia PEEM/XAS (photoemission electron microscopy / X-ray absorption spectroscopy), gdzie można dokonywać pomiarów mikroskopowych i spektroskopowych w zakresie miękkiego promieniowania rentgenowskiego na dwóch stanowiskach pomiarowych, oraz linia UARPES (ultra angle-resolved photoemission spectroscopy) dostarczająca fotony w zakresie próżniowego ultrafioletu do badań techniką kątowo-rozdzielczej spektroskopii fotoelektronów (ARPES). Ta ostatnia ma podstawowe znaczenie dla rozwoju nauki i technologii, gdyż pozwala na pełny opis doświadczalny struktury elektronowej materii, która wyznacza zasadniczo wszystkie właściwości fizyczne i chemiczne materiałów. Stacje badawcze PEEM i XAS mogą być natomiast wykorzystywane w takich dziedzinach jak nauka o materiałach, fizyka, chemia czy nauki o Ziemi. To jednak dopiero początek, ponieważ urządzenie mieszczące się na Kampusie UJ docelowo zaprojektowane jest na kilkanaście linii badawczych (dwie są już w trakcie budowy), co umożliwi powstanie ponad dwudziestu stanowisk pomiarowych. Będą one umożliwiały prowadzenie badań w takich dziedzinach jak fizyka, chemia czy medycyna, ale także archeologia, a nawet historia sztuki. To dzięki istnieniu synchrotronów dokonano wielu przełomowych odkryć w nauce. Takie właśnie możliwości otwierają się teraz przed użytkownikami krakowskiego synchrotronu SOLARIS. Zapraszamy do przeczytania wywiadu, jakiego udzielili nam dyrektor SOLARISa profesor doktor habilitowany Marek Stankiewicz oraz odpowiedzialna za rozwój i utrzymanie akceleratorów doktor Adriana Wawrzyniak. « powrót do artykułu