Instytut Wysokich Ciśnień

Dobrze znany, grafitopodobny heksagonalny azotek boru (hBN) przeżywa obecnie swój wielki renesans jako materiał niezbędny w elektronice 2D, niezwykle wydajny emiter UV, czy doskonały detektor neutronów. Do pełnego zbadania i wykorzystania potencjału hBN niezbędny jest materiał najwyższej klasy, najlepiej w postaci monokryształu o rozmiarach odpowiednich do badań i zastosowań.

W naszym Instytucie pracujemy nad krystalizacją hBN pod wysokim ciśnieniem. W ostatnim czasie ukazała się ciekawa publikacja Crystal Growth of hBN from Ni and Ni–Cr Solutions at High N2 pressure, B. Sadovyi, P. Sadovyi, A. Nikolenko, V. Strelchuk, B. Turko, Y. Eliyashevskyy, I. Yahniuk, M. Marocko, J. Eroms, I. Petrusha, S. Krukowski, S. Porowski, and I. Grzegory, ACS Applied Materials & Interfaces 17, 63610 (2025), gdzie opisujemy procesy i wyniki wzrostu kryształów hBN z roztworów B i N w ciekłym niklu i mieszaninie Ni-Cr, pod ciśnieniem azotu 1000-1500bar.

Przezroczyste, bezbarwne kryształy hBN wykazały znakomitą jakość strukturalną oraz jednorodność potwierdzone mapowaniem widma Ramana. Szerokość piku ramanowskiego E_2g odpowiadającego drganiom atomów w płaszczyźnie warstwy hBN, nie przekraczała 8cm^-1, co jest dowodem bardzo wysokiej jakości krystalicznej otrzymanego hBN. Analiza widm absorpcji optycznej potwierdziła, że hBN jest kryształem o skośnej przerwie energetycznej.  Zwiększona o czynnik 30-40, w wyniku kompresji, rozpuszczalność azotu w metalu pozwoliła uzyskać kryształy istotnie grubsze (do 30 μm) niż w ciśnieniu atmosferycznym.

Wyniki procesów krystalizacji hBN sa przedyskutowane w kontekście własności termodynamicznych wszystkich azotków III-N, a także w kontekście wpływu metalu – rozpuszczalnika na warunki stabilności termicznej hBN względem jego składników.

W celu dalszej weryfikacji jakości otrzymanych monokryształów, koledzy z Uniwersytetu w Regensburgu wykonali eksfoliację cienkich płatków hBN i zastosowali te płatki do konstrukcji przyrządów grafenowych. W warstwach grafenu otoczonych warstwami hBN otrzymano spektakularnie wysoką ruchliwość nośników zarówno elektronów, jak i dziur, przewyższającą 21.2 m²·V^–1·s^–1 w 230 K.

Praca podsumowuje wyniki części badań projektu “Long-term program of support of the Ukrainian research teams at the Polish Academy of Sciences carried out in collaboration with the U.S. National Academy of Sciences with the financial support of external partners” Grant No. PAN.BFB.S.BWZ.369.022.2023, pod tytułem “Influence of high N2 gas pressure on crystallization mechanisms and physical properties of h-BN”.

Wyciskanie hydrostatyczne (HE – ang. hydrostatic extrusion) czystego tytanu skutecznie zwiększa jego wytrzymałość mechaniczną i odporność na zużycie bez konieczności dodawania pierwiastków stopowych, takich jak Al, V czy Nb. Proces ten silnie rafinuje mikrostrukturę, lecz jednocześnie powoduje anizotropię wynikającą z obecności włóknistych ziaren ułożonych wzdłuż kierunku wyciskania, co ogranicza zastosowanie materiału w elementach poddawanych obciążeniom prostopadłym do tych włókien.

Najnowsze badania prowadzone w naszym Instytucie rozwiązują ten problem poprzez zastosowanie wyciskania w kanale kątowym (ECAP – ang. equal-channel angular pressing) przed procesem HE. Instytut Wysokich Ciśnień PAN (IHPP PAS) opracował stanowisko ECAP umożliwiające odkształcanie w temperaturze pokojowej, dzięki czemu unika się nagrzewania, które obniża efekt umocnienia odkształceniowego. Odkształcanie tytanu metodą ECAP w temperaturze otoczenia jest rzadko opisywane w literaturze, a połączenie ECAP i HE w przypadku tytanu pozostaje w dużej mierze niezgłębione.

Wyniki zostały przedstawione w pracy M. Kulczyk et al., Using a Combination of ECAP and HE Processes to Produce Isotropic Ultrafine-Grained Titanium Materials, 2025, 18, 5194. Zaprezentowano zoptymalizowany proces ECAP + HE pozwalający uzyskać ultradrobnoziarnisty/nanokrystaliczny tytan o izotropowych właściwościach mechanicznych. Zmiany strukturalne analizowano za pomocą TEM, statystycznej analizy obrazów oraz technik SEM-EBSD.

Mapy mikrostruktury TiGr2 po ekstruzji hydrostatycznej (HE) (a,b) oraz po procesie ECAP + HE (c,d).

Dzisiaj, 13 listopada 2025, w Audytorium Leonarda Sosnowskiego Instytutu Fizyki PAN miała miejsce inauguracja projektu European Wide Band Gap Semiconductors Pilot Line – Polish Node, zorganizowana przez Łukasiewicz – Instytut Mikroelektroniki i Fotoniki (IMiF). Pierwsze spotkanie projektowe WBG Pilot Line na poziomie europejskim miało miejsce 1 października 2025 w Rzymie.

Dzisiejsze wydarzenie oficjalnie inauguruje działalność polskiego węzła europejskiej linii pilotażowej szerokopasmowych półprzewodników, realizowanej w ramach Chips Joint Undertaking.

Zaangażowane są dwa polskie instytuty naukowe: Instytut Wysokich Ciśnień Polskiej Akademii Nauk (IWC PAN) oraz Łukasiewicz – Instytut Mikroelektroniki i Fotoniki (IMiF). Cele projektu obejmują opracowanie linii produkcyjnych dla 4-calowych podłoży GaN, ulepszenie technologii wzrostu epitaksjalnego i procesowania struktur azotkowych dla urządzeń dużej mocy oraz rozwój nowych typów diod i tranzystorów.

Elementami spotkania był wykład Prof. Tetsuo Narity z Toyota Central R&D Labs i Nagoya University, symboliczne założenie kapsuły czasu oraz prezentacje partnerów projektu.

Z radością informujemy, że prof. dr hab. Wojciech Knap z Instytutu Wysokich Ciśnień PAN został laureatem Nagrody Fundacji na rzecz Nauki Polskiej 2025 w obszarze nauk matematyczno-fizycznych i inżynierskich. Wyróżnienie – nazywane często „Polskim Noblem” – jest uznawane za najważnią nagrodę naukową w Polsce.

Nagrodę przyznano za pionierskie opracowanie nowych metod detekcji, wzmacniania i generowania fal terahercowych, które otwierają drogę do ultraszybkiej komunikacji bezprzewodowej oraz szeregu zastosowań promieniowania THz m.in. w medycynie, przemyśle i telekomunikacji. Dorobek badawczy prof. Knapa znacząco wzmacnia pozycję Polski w światowej czołówce badań nad technologiami terahercowymi.

Od 2013 roku prof. Knap jest związany z Instytutem Wysokich Ciśnień PAN, gdzie powołał Laboratorium Promieniowania Terahercowego. Z jego inicjatywy powstało także Centrum Badań i Zastosowań Terahercowych CENTERA w IWC PAN oraz CENTERA2 działające w CEZAMAT Politechniki Warszawskiej, prowadzące zaawansowane badania podstawowe i aplikacyjne nad zjawiskami terahercowymi, współfinansowane m.in. przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej.

Uroczyste wręczenie Nagród FNP odbędzie się 3 grudnia br. w Warszawie.

Serdecznie gratulujemy Panu Profesorowi oraz całemu zespołowi Laboratorium Promieniowania Terahercowego i CENTERA, życząc dalszych wybitnych osiągnięć naukowych.