Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk

Instytut Chemii Fizycznej
Polskiej Akademii Nauk
adres:
tel.:
fax/tel.:
email:
WWW:
ul. Kasprzaka 44/52
01-224 Warszawa
+48 22 3432000
+48 22 3433333, 6325276
[email protected]
http://www.ichf.edu.pl/
Warszawa, 17 listopada 2010
Światowe standardy metrologii powierzchni powstają w Polsce
Badanie powierzchniowych warstw materiałów metodami spektroskopowymi,
niezwykle istotne dla nanotechnologii, inżynierii materiałowej, mikroelektroniki
i wielu innych dziedzin, wymaga znajomości pewnych parametrów dostępnych
w bazach danych rozprowadzanych obecnie przez amerykański Narodowy Instytut
Technologii i Standaryzacji NIST. Bazy te, wykorzystywane przez naukowców
z całego świata, powstają dzięki prof. dr. hab. Aleksandrowi Jabłońskiemu
z Instytutu Chemii Fizycznej PAN w Warszawie.
Zewnętrzne warstwy materiałów, grubości zaledwie kilku-kilkunastu warstw atomowych, odgrywają
główną rolę w tak ważnych dziedzinach jak mikroelektronika i tak istotnych procesach jak kataliza
czy korozja. Warstwy te bada się obecnie za pomocą tzw. powierzchniowo czułych metod
spektroskopowych. Skuteczna analiza pomiarów wymaga jednak uwzględnienia pewnych
parametrów, dostępnych w bazach danych rozprowadzanych przez amerykański Narodowy
Instytut Technologii i Standardyzacji w Waszyngtonie (National Institute of Standards and
Technology, NIST). Bazy te powstają dzięki pracy prof. dr hab. Aleksandra Jabłońskiego z Instytutu
Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk. Wprowadzenie do dystrybucji najnowszej z nich zbiega
się z uhonorowaniem osiągnięć prof. Jabłońskiego prestiżową Nagrodą Naukową im. Marii
Skłodowskiej-Curie, przyznawaną przez Polską Akademię Nauk.
Powierzchnia materiałów decyduje o sposobie, w jaki oddziałują one z otoczeniem. Obecność
zanieczyszczeń może jednak zmienić powierzchnię w sposób trudny do przewidzenia. „Nawet
wtedy, gdy w materiale znajduje się zaledwie kilka obcych cząsteczek na milion, zanieczyszczenia
mogą wypłynąć na zewnątrz i pokryć całą próbkę. Powierzchniowe własności takiej substancji
będą wówczas inne niż wnętrza materiału” – mówi prof. Jabłoński i podkreśla, że wiedza o
rzeczywistych własnościach fizycznych i chemicznych powierzchni materiałów ma ogromne
znaczenie dla przemysłu korzystającego z najnowszych osiągnięć inżynierii materiałowej,
mikroelektroniki oraz rozmaitych nanotechnologii.
Do badania powierzchni stosuje się najczęściej dwie metody badawcze: spektroskopię
fotoelektronową oraz spektroskopię elektronów Augera. W pierwszej z nich powierzchnię próbki
oświetla się promieniowaniem rentgenowskim i obserwuje elektrony wybite z warstw
powierzchniowych przez fotony. W drugiej metodzie materiał jest bombardowany
monochromatyczną wiązką elektronów; bada się wówczas energie elektronów emitowanych
wskutek wewnątrzatomowych przejść bezpromienistych (a więc takich, którym nie towarzyszy
emisja fotonu). Ponieważ wyłącznie elektrony wyrzucone z atomów przy powierzchni mają szansę
wydostać się poza próbkę bez straty energii, obie metody „widzą” tylko kilka najbardziej
zewnętrznych warstw atomowych materiału.
Za pomocą spektroskopii fotoelektronowej można analizować m.in. wartościowość i formę
chemiczną pierwiastków oraz rozkład związków chemicznych na powierzchni materiałów, w tym
nieprzewodzących, takich jak substancje pochodzenia biologicznego, ceramiki czy tworzywa
sztuczne. Ponieważ wiązkę elektronów łatwiej skupić niż promieniowanie rentgenowskie,
spektroskopia elektronów Augera pozwala z kolei otrzymać większą rozdzielczość rozkładu
pierwiastków na powierzchni, dochodzącą w najnowszych urządzeniach do zaledwie 10
nanometrów.
Wykonanie poprawnych analiz za pomocą spektroskopii powierzchniowo czułych wiąże się z
koniecznością opracowania wiarygodnej teorii transportu elektronów w obszarze powierzchniowym
materii skondensowanej. Do formalizmu matematycznego opisującego to zjawisko wprowadzono
pewne parametry umożliwiające ilościową analizę powierzchni. Rozszerzenie teorii dokonane
przez prof. Jabłońskiego oraz jego propozycje nowych parametrów zaowocowały stworzeniem
obszernych baz danych, ułatwiających pracę użytkownikom spektroskopii elektronowych.
Kompilacje te – zawierające takie parametry jak przekroje czynne na rozpraszanie elektronów,
średnie drogi swobodne elektronów oraz drogi pochłaniania elektronów – wzbudziły
zainteresowanie amerykańskiego Narodowego Instytutu Technologii i Standardyzacji NIST, który
podjął się ich dystrybucji. W rezultacie w latach 2001-2010 rozprowadzono ponad 2000 pakietów
programowych zawierających bazy danych przygotowane w Instytucie Chemii Fizycznej PAN.
Bazy te są wykorzystywane powszechnie przez naukowców z całego świata. Niedawno prof.
Jabłoński zakończył testy kolejnej bazy danych, SRD 154, tym razem zawierającej tzw.
modyfikowane czynniki wstecznego rozpraszania. Baza ta zostanie wkrótce wprowadzona do
dystrybucji przez NIST.
Za prace nad zwiększaniem dokładności analiz powierzchni za pomocą technik spektroskopowych,
w tym za przygotowanie baz danych dla NIST, prof. Jabłoński właśnie otrzymał prestiżową
Nagrodę Naukową im. Marii Skłodowskiej-Curie. Nagroda jest przyznawaną przez Wydział III Nauk
Matematycznych, Fizycznych i Chemicznych Polskiej Akademii Nauk corocznie, naprzemiennie z
fizyki i chemii. Jej laureatami zostają polscy naukowcy nie będący członkami PAN, których wybitne
i twórcze prace w szczególny sposób przyczyniły się do rozwoju nauki. Uroczyste wręczenie
nagrody prof. Jabłońskiemu odbędzie się w najbliższych dniach.
Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (http://www.ichf.edu.pl/) został powołany w 1955 roku jako jeden z pierwszych
instytutów chemicznych PAN. Profil naukowy Instytutu jest silnie powiązany z najnowszymi światowymi kierunkami rozwoju chemii
fizycznej i fizyki chemicznej. Badania naukowe są prowadzone w 9 zakładach naukowych. Działający w ramach Instytutu Zakład
Doświadczalny CHEMIPAN wdraża, produkuje i komercjalizuje specjalistyczne związki chemiczne do zastosowań m.in. w rolnictwie
i farmacji. Instytut publikuje około 300 oryginalnych prac badawczych rocznie.
INFORMACJE DODATKOWE:
Prof. dr hab. Aleksander Jabłoński
Studiował na Wydziale Chemicznym Politechniki Szczecińskiej. W 1975 roku w Instytucie Chemii Fizycznej PAN otrzymał tytuł doktora,
a w 1982 doktora habilitowanego. W latach 1983–84 roku w ramach stypendium Fundacji Humboldta odbył staż naukowy w
laboratorium prof. Gerharda Ertla, światowej klasy specjalisty z zakresu chemii powierzchni. Profesorem został w 1990 roku. Pięć lat
później za osiągnięcia naukowe przyznano mu Złoty Krzyż Zasługi. Od 2003 roku jest dyrektorem naczelnym Instytutu Chemii Fizycznej
PAN. W 2007 roku został poproszony przez redaktorów czasopisma Surface Science o napisanie artykułu „Quantification of Surface
Sensitive Electron Spectroscopies” do specjalnego tomu wydanego dla uhonorowania Nagrody Nobla przyznanej prof. Ertlowi za
badanie elementarnych procesów zachodzących na powierzchni ciał stałych. Jest członkiem rad naukowych kilku polskich instytucji
naukowych, komitetów redakcyjnych branżowych czasopism naukowych i współorganizatorem wielu konferencji. Opublikował 282 prace
naukowe, których liczba cytowań sięga 4400.
KONTAKTY DO NAUKOWCÓW:
prof. dr hab. Aleksander Jabłoński
Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk
tel. +48 22 3433331, sekretariat: +48 22 3433108, +48 22 3433109
email: [email protected]
POWIĄZANE STRONY WWW:
http://www.nist.gov/srd/surface.cfm/
Strona amerykańskiego Narodowego Instytutu Technologii i Standaryzacji NIST z opisem baz danych do analizy powierzchni.
Prof. Jabłoński opracował bazy SRD 64, SRD 71 oraz SRD 82.
http://www.ichf.edu.pl/
Strona Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk.
http://www.ichf.edu.pl/press/
Serwis prasowy Instytutu Chemii Fizycznej PAN.
MATERIAŁY GRAFICZNE:
IChF101117b_fot01s.jpg
HR: http://ichf.edu.pl/press/2010/11/IChF101117b_fot01.jpg
Prof. dr hab. Aleksander Jabłoński (po lewej) przy spektrometrze wielokomorowym w Instytucie Chemii Fizycznej PAN w Warszawie
podczas wizyty ambasadora Japonii. (Źródło: IChF PAN, Grzegorz Krzyżewski)
IChF101117b_fot02s.jpg
HR: http://ichf.edu.pl/press/2010/11/IChF101117b_fot02.jpg
Spektrometr wielokomorowy w Instytucie Chemii Fizycznej PAN. Urządzenie umożliwia przeprowadzanie pomiarów za pomocą
powierzchniowo czułych technik analitycznych, takich jak spektroskopia fotoelektronow i spektroskopia elektronów Augera. (Źródło:
IChF PAN, Grzegorz Krzyżewski)