Instytut Wysokich Ciśnień

Antyczny ojciec medycyny Hipokrates sformułował zalecenie ‘niech pożywienie będzie lekarstwem a lekarstwo pożywieniem’, jakże dzisiaj ważne w dobie ‘przemysłowej’ żywności. Dzisiaj olej lniany jest ceniony jako środek wspomagający leczenie zranień, czy problemów skórnych. Jest ceniony przy leczeniu nieżytów jelit i chorobie wrzodowej, także profilaktycznie. Do tego korzystnie działa na otyłość, nadciśnienie, arteriosklerozę czy system immunologiczny. Te niezwykłe prozdrowotne własności oleju lnianego wyjaśnia się jego składem.

W pracy zespołu badaczy z laboratorium NL10 (X-PressMatter), [Drozd-Rzoska,A.; Rzoska,S.J.; Łoś,J. Supercriticality, glassy dynamics, and the new insight into melting/freezing discontinuous transition in Linseed Oil. Biophysica 4, 34–58 (2024)], pokazano, że  ta niezwykła ‘aktywność’ oleju lnianego może być także związana z dotąd niezauważoną cechą - supekrytycznością.

Wykazano występowanie bardzo silnego i daleko-zasięgowego efektu superkrytycznego dla stałej dielektrycznej. Takie zmiany to podstawa tzw. technologii superkrytycznych, dotąd wykorzystywanych tylko dla przejścia fazowego ciecz-gaz (np. CO₂), wykorzystujących niezwykły fenomen silnej selektywnej ekstrakcji czy reakcji chemicznych. Superkrytyczność oleju lnianego otwiera nowe możliwości jego aplikacji, opartej na precyzyjnym modelowaniu i wzmocnieniu korzystnych cech.

W oleju lnianym domena superkrytyczna pojawia się w cieczy, i w dodatku jest związana z przejściem fazowym ciecz – ciało stałe. Superkrytyczne zmiany w ciekłym leju lnianym mają opis taki jak w fazie izotropowej ciekłych kryształów i są związane z (bardzo) słabo nieciągły przejściem fazowym ciecz-ciało stałe. To pierwsza obserwacja takiego zjawiska dla wspomnianego przejścia fazowego. Efekt przedprzejściowy pokazuje się też w fazie stałej, ale w tym przypadku jest on typu ‘premelting’, i wskazuje na tzw. ‘constrained criticality’ prowadzącą do powstawania lokalnych obszarów ujemnego ciśnienia i w efekcie zmian stałej dielektrycznej typu katastrofy Mossotti’ego.

Układy ‘naturalne’, takie jak olej lniany, są często swoiście ‘lekceważone’ przy rozważaniach ‘fundamentalnych’. Wspomniana praca pokazuje, że olej lniany może być znakomitym modelowym układem fundamentalnym, ukrywającym nieznane dotąd zjawiska.

Rysunek: Zmiany stałej dielektrycznej oleju lnianego - nadkrytyczne (ciecz, krzywa czerwona) i wstępne topienie (ciało stałe, krzywa niebieska). Strzałki pokazują temperaturę topnienia i kolejność przejść ciecz-ciecz (L-L) i ciało stałe-ciało stałe (S-S).

Jutro (4 stycznia 2024) o 9:15 na żywo w Polskim Radiu Trójka Mikołaj Żak z naszego Instytutu (Laboratorium MBE) przedstawi nowe spojrzenie na diody LED, które mogą wydajnie działać przy zasilaniu prądem przemiennym. Będzie to komentarz do niedawno opublikowanej pracy w Nature Communications, o której pisze dzisiaj portal naukawpolsce.pl. Zapraszamy do zajrzenia na stronę portalu i słuchania audycji.

Rys. Wizualizacja działania dwukierunkowej diody. Autor: Mateusz Hajdel (IWC PAN) współautor artykułu.

(Edit) O wynalazku i publikacji Mikołaja Żaka i współautorów w Nature Communications pisze tez portal focus.pl

Pomimo siedmiu dekad badań niezwykłych własności dielektrycznych ceramik relaksorowych w szerokim otoczeniu przejścia paraelektryk – ferroelektryk model fundamentalny wyjaśniający i koherentnie opisujący ten fenomen pozostawał wyzwaniem. Obserwuje się tam szczególne, ‘rozmyte’ zmiany ‘stałej dielektrycznej’ w szerokim otoczeniu przejście ‘para-ferro’, niezwykłą czułość na zewnętrzne pole elektryczne (‘tunability’) oraz tzw. ‘szklistą’ dynamikę.

Właśnie ukazała się publikacja zespołu X-PressMatter/NL10  [S.J. Rzoska, et al.  Critical insight into pretransitional behavior and dielectric tunability of relaxor ceramics. Materials 16 (2023) 7634 w modelu Open Access], która proponuje jakościowo nowy model dla tych układów. Praca zawiera także test doświadczalny wykorzystujący ‘distortions-sensitive analysis’.

Rys. „Stała dielektryczna” w ceramice relaksorowej Ba_0,65Sr_0,35TiO₃ i „klasyczna” analiza skupiona na równaniu Curie-Weissa (CW) z temperaturą Burnsa T_B.

Nitride based materials still suffer from the lack of the understanding of the mechanisms of defects formation and their impact on the material properties. Dr Piotr Kruszewski with his collaborators from NL12 laboratory recently used deep-level transient spectroscopy (DLTS) to study Al_xGa_1-xN (x<0.05) grown by MOVPE.

It was shown that the electron emission signal related to the Fe_Ga (0/-) acceptor level splits into individual components due to aluminum fluctuations in the second-nearest neighbor (2NN) shell around the Fe_Ga impurity atoms. The calculations of the probability of finding a given number of aluminum atoms in the 2NN shell of the Fe_Ga defect agreed well with the experimental concentrations determined from Laplace DLTS peak intensities. This finding shows that in dilute Al_xGa_1-xN layers grown by MOVPE, aluminum and iron atoms are randomly distributed in the material. Finally, it was demonstrated that the energy level of the Fe_Ga acceptor with no Al atoms in the 2NN shell in the Al_xGa_1-xN samples shifts linearly with the aluminum content.

The publication "Alloy splitting of the Fe_Ga acceptor level in dilute Al_xGa_1−xN" (P. Kruszewski et al., Appl. Phys. Lett. 123, 222105 (2023)) is the result of the collaboration with colleagues from the Photon Science Institute and Department of Electrical and Electronic Engineering, the University of Manchester cooperating in NCN-OPUS project lead by Dr. Piotr Kruszewski.

Fig.1. Three-dimensional diagram of the Al_xGa_1-xN alloy showing two shells of atoms surrounding the Fe_Ga impurity (top image) and Laplace DLTS spectra for the Fe_Ga acceptor state in Al_xGa_1-xN (x ≤ 0.05) samples with energy-level-difference values at X axis (bottom image).