autoreferat - Izabela Szafraniak-Wiza
Transkrypt
autoreferat - Izabela Szafraniak-Wiza
Autoreferat 1.1mi 3 i Nazwisko. Izabela Szafraniak-Wiza 2. Posiadane dyplomy, stopnie naukowe Dyplom doktora nauk fizycznych w zakresie fizyki Uniwersytet im. A. Mickiewicza, Wydziat Fizyki, 12.01.2001 rozprawa doktorska pt: ,,Badanie wtasnosci fizycznych i przemian fazowych w wybranych solach pirydyniowych z jednowartosciowymi anionami" Dyplom magistra fizyki (specjalnosc: fizyka doswiadczalna) Uniwersytet im. A. Mickiewicza, Wydziat Fizyki, 20.06.1995 praca magisterska pt. ,,Wtasnosci fizyczne czterofluoroboranu pirydyniowego" 3. Informacje o dotychczasowym zatrudnieniu wjednostkach naukowych. Od 1.10.2003 Politechnika Poznanska, Instytut Inzynierii Materiatowej (adiunkt) 29.11.2010-28.02.2013 - przerwa zwia^zana z ciajzq., urlopem macierzyhskim i wychowawczym 5.10.2007-30.06.2009 - przerwa zwiajzana z ciavza_,, urlopem macierzyhskim i wychowawczym 01.10 2004-17.06.2010 Instytut Fizyki Molekularnej PAN (staz podoktorski) 1.02.-30.09.2003 - Max Planck Institute of Microstructure Physics (staz podoktorski) 1.02.2001-31.01.2003 - Max Planck Institute of Microstructure Physics (stypendium Marie Curie) 1995-2000 - Instytut Fizyki Uniwersytetu im. A. Mickiewicza (doktorant) 1990-1995 - Studia magisterskie na Wydziale Fizyki Uniwersytetu im. A. Mickiewicza Parametryczne zestawienie osia_gniqc naukowych (stan na 20.02.2014): Liczba publikacji (wg Web of science)' Liczba cytowah (wg Web of science)' ^ Liczba cytowaii bez autocytowah (wp Web of science)' Indeks Hirscha (wg Web of science)' Sumaryczny impact factor (wg 2012) * ^ Liczba innych publikacji (poza Web of science)' wyniki uzyskane dla ,,l. Szafraniak"i„/. Szafraniak-Wiza" 39 882 850 14 86,406 6 4. Wskazanie os/qgn/fc/'a* wynikafacego z art. 16 ust. 2 ustawyzdnia 14 marca 2003 r. o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki (Dz. U. nr 65, poz. 595 ze zm.): Osiajgni§cie habilitacyjne stanowi jednotematyczny zbior publikacji p. t. "Nanorozmiarowe struktury perowskitowe o wiasciwosciach ferroelektrycznych i multiferroicznych" [A1] I. Szafraniak, C. Harnagea, R. Scholz, S. Bhattacharyya, D. Hesse, M. Alexe, "Ferroelectric epitaxial nanocrystals obtained by a self patterning method", Applied Physics Letters, 2003, 83, 2211-2213 [A2] Y. Luo, I. Szafraniak, N.D. Zakharov, V. Nagarajan, M. Steinhart, R.B. Wehrspohn, J.H.Wendorff, R. Ramesh, M. Alexe, "Nanoshell tubes of ferroelectric lead zirconate titanate and barium titanate", Applied Physics Letters, 2003, 83, 440-442 [A3] Y. Luo, I. Szafraniak, V. Nagarajan, R.B. Wehrspohn, M. Steinhart, J.H. Wendorff, N.D.Zakharov, R. Ramesh, M. Alexe, „Ferroelectric lead zirconate titanate and barium titanate nanotubes", Integrated Ferroelectrics, 2003, 59, 1513-1520 [A4] I. Szafraniak, M.-W. Chu, C. Harnagea, R. Scholz, D. Hesse, M. Alexe, "Epitaxial lead zirconate titanate nanocrystals obtained by a self patterning method", Integrated Ferroelectrics, 2004, 61, 231-238 [A5] M.-W. Chu, I. Szafraniak, R. Scholz, C. Harnagea, D. Hesse, M. Alexe, U. Gosele, "Impact of misfit dislocations on the polarization instability of epitaxial nanostructured ferroelectric perovskites", Nature Materials, 2004, 3, 87-90 [A6] I. Szafraniak, S. Bhattacharya, C. Harnagea, R. Scholz, M. Alexe, ,,Self assembled ferroelectric nanostructures", Integrated Ferroelectrics, 2004, 64, 279-286 [A7] I. Szafraniak, D. Hesse, M. Alexe, "Lateral size of self patterned nanostructures controlled by multi step deposition", Diffusion and Defect Data Part B Solid State Phenomena, 2005, 106, 117-122 [A8] M.-W. Chu, I. Szafraniak, D. Hesse, M. Alexe, U. Gosele, "Elastic coupling between 90° twin walls and interfacial dislocations in epitaxial ferroelectric perovskites: a quantitative high resolution transmission electron microscopy study", Physical Review B Condensed Matter and Materials Physics, 2005, 72, 174112-1-5 [A9] I. Szafraniak, M. Polomska, B. Hilczer, "XRD, TEM and Raman scattering studies of PbTiO3 nanopowders", Crystal Research and Technology, 2006, 41, 576-579 [A10] I. Szafraniak, M. Polomska, B. Hilczer, E. Talik, L. Kepinski, "Characterization of PbTiO3 nanopowders obtained by room temperature synthesis", Ferroelectrics, 2006, 336, 279-287 [A11] I. Szafraniak, M. Polomska, B. Hilczer, A. Pietraszko, L. Kepinski, "Characterization of BiFeO3 nanopowder obtained by mechanochemical synthesis", Journal of the European Ceramic Society. 2007, 27, 4399-4402 [A12] I. Szafraniak-Wiza, B. Hilczer, A. Pietraszko, E. Talik, "Phase formations during mechanochemical synthesis of PbTiO3", Journal of Electroceramics, 2008, 20, 21-25 [A13] I. Szafraniak-Wiza, M. Alexe, D. Hesse, ,,Nanosized ferroelectric crystals", "Handbook of advanced dielectric, piezoelectric and ferroelectric materials: Synthesis, properties and applications", ed. Z-G Ye, Woodhead Publishing Limited, Cambrigde 2008, 600-621 Omowienie celu naukowego/artystycznego ww. pracy/prac i osiajgniqtych wynikow wraz z omowieniem ich ewentualnego wykorzystania. Ferroelektryki ze wzgl^du na swoje liczne mozliwosci zastosowania (m. in. jako elementy pami^ciowe, kondensatory o duzej pojemnosci, czujniki piroelektryczne, przetworniki piezoelektryczne, przetqczniki optoelektroniczne itd.) byty przedmiotem intensywnych badah w ubiegtym stuleciu. Pierwsze koncepcje zastosowania ferroelektrykow w pamieciach (czyli ferroelektrycznych RAM ,,FeRAM"), pojawity si§ juz w latach pi^cdziesiajtych ubiegtego wieku ale nie zostafy wprowadzone do masowej produkcji [1, 2]. Prawdziwy renesans badari materiatow ferroelektrycznych nastapit w ostatnich dwoch dekadach wraz z rozwojem nanotechnologii. Miniaturyzacja urzavdzeri powoduje, ze zawarte w nich elementy ferroelektryczne posiadaja^ coraz mniejsze rozmiary. W zwia_zku z tym pojawiaja^ si§ pytania zawiajzane z zagadnieniami stabilnosci fazy ferroelektrycznej oraz uzytecznych wtasciwosci tych materiatow. Podczas badari wtasciwosci ferroelektrykow zaobserwowano efekty rozmiarowe (czyli zmian§ wtasciwosci fizycznych tych materiatow spowodowanav zmniejszeniem wymiarow badanych obiektow) [3-9]. Najcz^sciej obserwowanym zjawiskiem jest obnizenie temperatury ferroelektrycznej przemiany fazowej (punktu Curie) wraz ze zmniejszaniem rozmiarow krysztatow. Inne zmiany zwia^zane sa^ z obnizeniem maksymalnej wartosci przenikalnosci dielektrycznej oraz poszerzeniem anomalii dielektrycznej w okolicy punktu Curie, obnizeniem deformacji tetragonalnej w ferroelektrykach o strukturze perowskitowej czy wystepowaniem konfiguracji jednodomenowej, ktora jest energetycznie korzystniejsza w nanomateriatach. W ramach rozprawy habilitacyjnej zostaty podj^te badania roznych nanostruktur ferroelektrycznych. Zasadniczym celem prowadzonych prac byto doswiadczalne okreslenie efektow rozmiarowych badanych obiektow. Praca ta dotyczyta przede wszystkim opracowania niekonwencjonalnych metod wytwarzania nanostruktur takich jak nanowyspy, nanorurki czy nanoproszki ferroelektryczne oraz okreslenia ich finalnych wtasciwosci fizycznych. Opracowane i udoskonalane w ciajgu ostatnich dwudziestu lat technologie wytwarzania cienkich warstw ferroelektrycznych umozliwity uzyskanie wielu waznych informacji (np. dotycza^cych efektow rozmiarowych). Jednak w realnych urzqdzeniach elektronicznych wystepujq. raczej obszary o ograniczonych rozmiarach (wyspy) niz cienkie i nieskohczone warstwy, ktorych wtasciwosci moga^ si§ roznic (np. podczas badania cienkich warstw nie uwzgl^dnia si§ efektow zwiazanych z niejednorodnym rozktadem pola elektrycznego przy brzegach struktur). Z tego powodu w ramach tej pracy zdecydowano si§ na badanie wtasciwosci nanowysp, ktorej najlepiej odzwierciedlajq. realnei sytuacj?. Za pomocav tradycyjnych metod litograficznych nie mozna wytworzyc najmniejszych nanostruktur i dlatego probuje si§ wykorzystac innowacyjne metody (procesy samoorganizacyjne lub niekonwencjonalna_ Jitografi?"), W ramach tej pracy opracowana zostata metoda wykorzystuja^ca niestabilnosc ultracienkiej warstwy podczas krystalizacji. Juz w potowie lat dziewi^cdziesiajtych ubiegtego wieku zauwazono, ze trudno jest uzyskac jednorodne ultracienkie warstwy, poniewaz podczas krystalizacji warstw o grubosci mniejszej lub rownej wartosci krytycznej pojawiaja, si? w nich nieci^gtosci (pory) [10-11]. Dalsze zmniejszanie grubosci naktadanej warstwy powoduje rozpadanie si? warstwy na pojedyncze izolowane wyspy. Zasadniczym powodem powstawania nanowysp jest obnizenie energii izolowanych obszarow w stosunku do cienkiej warstwy. Dodatkowo w wyniku krystalizacji pojawiaja_ si? w nanowyspach sciany krystalograficzne o nizszej energii. W ramach tej pracy niestabilnosc ultracienkich warstw podczas wysokotemperaturowej krystalizacji zostata celowo wykorzystana do otrzymania nanowysp ferroelektrycznych. Przeprowadzone zostaty szczegotowe badania w celu okreslenia warunkow powstawania wysp, ktorych wyniki zostaty opublikowane w artykutach A1, A4, A6, A7 i A13. Wtasciwosci ferroelektryczne sa_ scisle zwia^zane z kierunkiem krystalograficznym i dlatego informacje dotycza.ce efektow rozmiarowych mozna okreslic tylko w przypadku znanej orientacji krystalograficznej nanostruktury. Z tegp powodu zdecydowano si? otrzymac i badac tylko nanoferroelektryki epitaksjalne, ktorych orientacja krystalograficzna jest scisle zwia^zana z podtozem. Badania wykonano dla probek Pb(Zr1.xTix)O3 (PZT) o roznej zawartosci cyrkonu i tytanu (0,48<x<1), posiadaja_cych struktur? tetragonalna_. Jako epitaksjalne podtoze dla tego typu materiatow stosuje si? zazwyczaj monokrysztaty SrTiO3, LaAIO3 i MgO. W ramach tej pracy materiaty te (o roznej orientacji krystalograficznej) zostaty wykorzystane do przygotowania nanowysp. Przeprowadzone zostaty badania, ktorych celem byto okreslenie wptywu parametrow procesu otrzymywania nanowysp (takich jak grubosc warstwy amorficznej, ilosc naktadanych warstw amorficznych, rodzaj podtoza, temperatura krystaiizacji, wptyw defektow, wartosc niedopasowania epitaksjalnego pomi?dzy podtozem a wyspaj na ich rozmiary i rozmieszczenie na podtozu, a ich wyniki zostaty szczegotowo omowione w pracach A1, A4, A7, A13. Typowa temperatura krystalizacji PZT wytwarzanego z roztworow metaloorganicznych wynosi 600-650°C, jednak w tej temperaturze tworzyty si? tylko niewielkie nieregularne wyspy, co potwierdzity wykonane badania mikroskopowe metoda. skaningowej (SEM) i wysokorozdzielczej transmisyjnej (TEM) mikroskopii elektronowej. Dostarczona w takcie wygrzewania energia termiczna byta zbyt mata, aby natozony materiat migrowat po powierzchni podtoza. Podczas krystalizacji w wyzszej temperaturze powstaja. bardziej regularne wyspy. Nanowyspy o regularnym ksztatcie otrzymywane byty w trakcie godzinnej krystalizacji ultracienkiej warstwy amorficzna_ w temperaturze 800°C. W wyniku takiej krystalizacji powstaja^ nanowyspy o jednakowej wysokosci i jednakowym ksztatcie rownomiernie roztozone na podtozu. Dtuzszy proces krystalizacji nie wptywa na morfologi? nanowysp. Natomiast wygrzewanie w jeszcze wyzszej temperaturze zwiazane jest z podwyzszonym ryzykiem pojawienia si? niepoza.danych (nieferroelektrycznych) faz pyrochlorowych, ktore zwiazane sa^ ze zmiana. stechiometrii wywotana. przede wszystkim dyfuzja. otowiu. Z przeprowadzonych badari wynika, ze energia termiczna niezb?dna do formowania nanowysp jest wyzsza niz potrzebna do ich krystalizacji [12]. Nanowyspy PZT przygotowane ta. metoda. miaty wysokosc od 3-4 nm do 25-30 nm w zaleznosci od parametrow procesu (grubosci naktadanej warstwy amorficznej, podtoza czy stechiometrii). Wykonane badania strukturalne potwierdzify obecnosc fazy perowskitowej otrzymanych nanostruktur, ktorych orientacja krystalograficzna zalezy od orientacji podtoza. W ramach tej pracy przeprowadzono rowniez badania mikroskopowe, na ktorych podstawie mozna stwierdzic, ze wszystkie wyspy PZT na podtozu SrTiO3 o orientacji (001) maja. jednakowy ksztatt sci?tych piramid o takiej samej wysokosc, ktora zalezy od parametrow procesu. Sciany piramid sa_ wyraznie wyksztatcone: gorne sciany sa. utworzone z ptaszczyzn krystalograficznych {001} a sciany boczne z {111} lub {110}. W catej obj?tosci nanowyspy jest obecna faza krystaliczna (perowskitowa). Na granicy pomi?dzy wyspq a podtozem widoczne s^ dyslokacje, ktore zwiazane sa^ z relaksacja^ napr^zen wynikaja^cych z niedopasowania sieci krystalicznej wyspy i podloza. Wyznaczona na podstawie zdj^c mikroskopowych odlegtosc pomiedzy dyslokacjami jest zgodna z wartosciami teoretycznymi wynikaja_cymi z niedopasowania sieci krystalicznej. W nanowyspach nie zaobserwowano efektow zwia^zanych z dyfuzja. atomow przez granic? ferroelektryk-podtoze lub innych defektow (poza dyslokacjami). Najwazniejsza^ cz^scia, pracy byto okreslenie wtasciwosci fizycznych uzyskanych nanostruktur. Do badan cienkich warstw lub nanomateriatow najcz^sciej wykorzystuje si? mikroskop sit atomowych (AFM). W przypadku wtasciwosci ferroelektrycznych stosowana jest modyfikacja AFM zwana mikroskopem dziataja^cym w modzie piezoodpowiedzi (PFM, ang. piezoresponce force microscope). Aby mozliwe byto wykonanie badan wtasciwosci ferroelektrycznych niezb§dny jest uktad elektrod, pomi^dzy ktorymi znajduje si? badany materiat. Podczas badah metoda, PFM zazwyczaj jednq_ elektroda. jest przewodza^ce ostrze mikroskopu a druga. przewodza.ce podtoze. Z tego powodu jako podtoze stosowany byt monokrystaliczny SrTiO3 domieszkowany niobem (o koncentracji 0,5 %), na ktorym zostaty natozone nanowyspy. Podczas badan metoda^ PFM zaobserwowane zostaty p?tle histerezy ferroelektrycznej dla wysp PbZro,52Ti0i48O3 o wysokosci wi?kszej i rownej 15 nm, co ostatecznie potwierdza istnienie wtasciwosci ferroelektrycznych w tych strukturach [A1, A4, A5, A13]. Z punktu widzenie struktury domenowej pojedyncza wyspa jest jedna. domena. (wyst^puja. tylko domeny a), co jest zgodne z informacjami otrzymanymi na podstawie wykonanych badan mikroskopowych. Dla mniejszych nanowysp nie udato si? zarejestrowac charakterystycznych p?tli histerezy ferroelektrycznej. Przeprowadzona analiza ujawnita, ze siec dyslokacji (obserwowana przy granicy podtoza i wyspy), ktora jest zwia^zana z relaksacja^ napr?zeri wynikaja^cych z niedopasowania sieci krystalicznej nanowyspy i podtoza, deformuje znajduja^ce si? w jej otoczeniu komorki elementarne ferroelektryka. Na podstawie wykonanej analizy napr?zeri oszacowano, ze znaczna cz?sc komorek elementarnych nanowysp jest zdeformowana i z tego powodu nie posiadaja_ one symetrii krystalograficznej, ktora umozliwia istnienie wtasciwosci ferroelektrycznych. Cata wyspa zawiera tetragonalne (ferroelektryczne) i zdeformowane (nieferroelektryczne) komorki perowskitowe. W przypadku nanowysp PbZr0,52Tio,48O3 na podtozu SrTiO3 o wysokosci 9 nm, objetosc takich zdeformowanych komorek perowskitowych wynosi co najmniej potow? obj?tosci catej nanowyspy. Nose prawidtowych tetragonalnych komorek elementarnych w takich wyspach jest zbyt mata, aby charakteryzowaty si? one wtasciwosciami ferroelektrycznymi. Powoduje to zanikanie wtasciwosci ferroelektrycznych tych nanostruktur (czyli obserwowany jest limit superparaelektryczny). W ramach tej pracy uzyskano rowniez nanowyspy o wysokosci 9 nm, w ktorych nie wyst?puja^ dyslokacje. Taka sytuacja wyst?puje w przypadku nanowysp PbTiO3 na podtozu SrTiO3, gdy epitaksjalne niedopasowanie sieci krystalicznej podtoza i ferroelektryka jest duzo mniejsze niz w przypadku PbZr0i52Ti0,48O3 na tym samym podtozu i wynosi tylko 0,2 %. W tym przypadku p?tle histerezy PFM byty rejestrowane nawet dla wysp o wysokosci rz?du 9 nm [A5, A13]. Wyjajtkowa^ sytuacj? zaobserwowano w nanowyspach PbZr0,4Ti0,6O3 [A8, A13]. Wykonane badania mikroskopowe ujawnity, ze pojedyncze nanowsypy nie posiadaja^ konfiguracji jednodomenowej (charakterystycznej dla nanostruktur). W tych nanowyspach niewielki obszar zajmuje domena c, ktora jest oddzielona 90° sciany domenowa^ od domeny a, ktora zajmuje przewazajavca^ cz?sc nanowyspy PZT. Szczegotowa analiza ujawnita, ze pod tymi wyspami znajduja^ si? na podtozu dodatkowe ptaszczyzny sieciowe rownolegte do powierzchni podtoza SrTiO3, ktore sa^ zrodtem dyslokacji brzegowej. W takich wyspach wystepuja^, oprocz dyslokacji zwiazanych z roznica^ statych sieci podtoza i ferroelektryka, dyslokacje brzegowe przy granicy mi?dzy podtozem a ferroelektrykiem zwia^zane z istnieniem dodatkowej ptaszczyzny podtoza pod wyspa^. Na podstawie przeprowadzonej analizy napr^zen mozna stwierdzic, ze w okolicy sciany domenowej obecne sa_ napr^zenia sciskaja^ce. Wystepuja^ce napr^zenia deformuja^ siec krystaliczna^ w obszarze o odlegtosci okoto 1,5 nm od sciany domenowej. Pozostata cz?sc nanowyspy jest wolna od napr^zen. Zupetnie inna sytuacja wyst^puje przy granicy nanowyspy z podtozem. Dodatkowa ptaszczyzna podtoza (rownolegta do granicy) i zwia^zana z nia_ dyslokacja powoduje powstanie naprezeii rozciajgaja^cych w PZT w jej poblizu. Sciana domenowa nie koriczy si? (nie jest zamocowana) w miejscu gdzie wyst?puje dyslokacja brzegowa, ale jest od niej oddalona o 2 nm. Istnieja^ce sprz?zenie pomi?dzy napr?zeniem sciskaja^cym (w okolicy sciany domenowej) i rozciqgaj^cym (wywotanym przez dyslokacj? brzegowaj jest przyczyna^ zablokowania ruchu 90° sciany domenowej pod wptywem przytozonego pola elektrycznego. Konsekwencjav takiej sytuacji jest utrudnienie lub nawet uniemozliwienie proces przepolaryzowania catej nanostruktury. Obszary zamocowanych scian domenowych nie sa_ aktywne w polu elektrycznym i faktycznie podczas badah za pomoca^ PFM znaleziono fragmenty nanowysp, ktorych wartosc sygnatu wynosita zero. Obserwacje te sa_ niezwykle wazne z punktu widzenia potencjalnych mozliwosci aplikacyjnych, poniewaz wyspy, ktorych nie mozna przepolaryzowac nie b§da_ mogty spetnic swojej roli w urza^dzeniach elektronicznych. Innym typem nanostruktur, ktore byty przedmiotem badaii prowadzonych w ramach tej pracy byty nanorurki ferroelektryczne. Badania ferroelektrycznych nanostruktur jednowymiarowych sa_ niezwykle wazne z powodu zwi^kszaja^cej si§ miniaturyzacji urzajdzeri. W rozwoju pami^ci typu FeRAM przewidywana jest zmiana ich architektury (na trojwymiarowaj, ktora zwiazana jest z wykorzystaniem nanorurek lub nanopre^ow [13]. Ich zastosowanie umozliwi zwi^kszenie pojemnosci pami^ci FeRAM w wyniku g^stszego upakowania mniejszych struktur. Dodatkowy wzrost g^stosci upakowania zwiqzany b^dzie z wyeliminowaniem powierzchni zajmowanej przez boczne scianki heterostruktur, ktore powstaja^ w wyniku selektywnego trawienia (w trakcie procesu litograficznego) poszczegolnych elementow uktadow elektronicznych. Dodatkowy zaleta_ zastosowania nanorurek/nanopr^tow b^dzie obnizenie kosztow zwia^zanych z unikni^ciem procesu litograficznego. W ramach tej pracy do przygotowania nanorurek ferroelektrycznych wykorzystana zostata metoda matrycowa. Wczesniej metoda ta byta wykorzystywana przede wszystkim do przygotowania nanorurek polimerowych [14-15] a wyniki przedstawione w pracach A2 i A3 byty jednymi z pierwszych opublikowanych na swiecie dotycza^cymi nanorurek ferroelektrycznych. Metoda matrycowa polega na zwilzaniu powierzchni porowatej matrycy przez ciekty prekursor oraz pozniejszej obrobce termicznej i chemicznej. Jako matryce stosowac mozna porowaty krzem lub tlenek glinu o uporza^dkowanym rozktadzie porow, ktorych srednica moze miec wymiary od kilkudziesi^ciu nanometrow do kilku mikrometrow. W pierwszym etapie na powierzchni^ takiej matrycy naktadany jest ciekty prekursor wybranego ferroelektryka lub innego materiatu. Prekursor zwilza scianki porow tworza^c cienka^ warstw?. Po zakoiiczeniu procesu zwilzania amorficzny materiat na sciankach porow zostaje wykrystalizowany w wysokiej temperaturze. Nast^pnie trzeba usuna_c nadmiar prekursora, znajduja^cego si§ na powierzchni matrycy. W wyniku selektywnego trawienia matrycy krzemowej otrzymuje si§ swobodne nanorurki. Proces trawienia matrycy mozna przerwac i wtedy otrzymuje si? nanorurki zamocowane w podtozu krzemowym (,,nanoszczotki"). Nanorurki zamocowane w krzemie moga. z tatwoscia^ zostac wykorzystanie we wspotczesnej technologii potprzewodnikowej. Nanorurki otrzymane metodq. matrycowa^ maja^ rozmiary geometryczne, ktore zwiazane sa_ ze srednica, i gt?bokoscia^ porow wykorzystywanej matrycy. W ten sposob otrzymane zostaty nanorurki PZT (PbZr0i52Tio,48O3) i BaTiO3 o zewn?trznej srednicy od 150 nm do kilku mikrometrow (w zaleznosci od matrycy). Cz?sto, szczegolnie w przypadku, gdy nie zostata catkowicie usuni?ta warstwa prekursora z powierzchni matrycy, otrzymywane byty wia^zki nanorurek. Dtugosc tak przygotowanych nanorurek si?gata do 100 |jm jednak niektore z nich tamaty si? na mniejsze fragmenty (szczegolnie podczas selektywnego trawienia). Na podstawie analizy mikroskopowej (SEM i TEM) mozna stwierdzic, ze grubosc scianek otrzymanych nanorurek wynosita 80-100 nm. W wielu przypadkach zaobserwowana zostata pewna niejednorodnosc grubosci scianek nanorurek. Najprawdopodobniej ten efekt jest zwia^zany z wysoka^ temperatura^ w ktorej krystalizowany byt materiat ferroelektryczny. Wysoka temperatura umozliwita dyfuzj§ naniesionego materiatu po powierzchni porow. Rowniez proces selektywnego trawienia moze powodowac cz^sciowe zniszczenie ferroelektryka i przyczynic si? do nierownomiernej grubosc scianek nanorurek. Doktadna analiza morfologii ujawnita, ze nanorurki zbudowane sa^ z nanorozmiarowych krystalitow oraz duzej cz^sci materiatu amorficznego. Faza amorficzna znajduje si? przede wszystkim przy zewn^trznej i wewn?trznej powierzchni scianek nanorurek. Pojawienie si? tej fazy zwia^zane jest prawdopodobnie z istnieniem duzych napr?zeh podczas krystalizacji. Materiat amorficzny, ktory znajduje si? w ograniczonej i niewielkiej obj?tosci mikro- lub nanoporow, charakteryzuja^cych si? duza^ krzywizna_ powierzchni, nie ma mozliwosci osia5ni?cia prawidtowej struktury krystalicznej podczas wygrzewania. Dodatkowym zrodtem napr?zen sa_ efekty zwiqzane ze strukturalnymi przemianami fazowymi, ktore wyst?puja^ podczas chtodzeniem nanorurek w matrycy z temperatury krystalizacji do temperatury pokojowej. Niestety dodatkowy proces wygrzewania, podczas ktorego mozliwe bytoby usuni?cie napr?zeh oraz krystalizacja fazy amorficznej prowadzi do zniszczenia struktury nanorurek. Z punktu widzenia ferroelektryczne potencjalnych zastosowan najwazniejsze jest, aby nanorurki posiadaty swoje uzyteczne wtasciwosci. Do badah wtasciwosci ferroelektryczny wykorzystany zostat mikroskop PFM. Pomiary te wykonywane byty na pojedynczych nanorurkach leza^cych na krzemowym podtozu pokrytym warstwa, platyny. Podtoze to stanowito jedna^ elektrod? a rol? drugiej elektrody petnito przewodza^ce ostrze PFM. Podczas badan nanorurek PZT jak i BaTiO3 zarejestrowane zostaty charakterystyczne p?tle histerezy ferroelektrycznej. Poza wtasciwosciami ferroelektryczny mi nanorurek mozliwe jest rowniez wykorzystanie ich wtasnosci piezoelektrycznych. Nanorurka, na ktorej znajduje si? komplet elektrod 8 (najlepiej cztery zewne.trzne i jedna wewn?trzna), moze si? uginac pod wptywem przytozonego zewn?trznego pola elektrycznego w wyniku efektu piezoelektrycznego. Jezeli taka nanorurka zostataby dodatkowo wyposazona w sond? to taki uktad mogtby bye wykorzystany jako ostrze skanujqce w AFM [16]. Uporzqdkowane wia/ki nanorurek wykorzystac mozna do stworzenia krysztatow fotonicznych o zmiennych parametrach (kontroluja^c potozenie poszczegolnych nanorurek mozna zmieniac odlegtosci pomi?dzy nimi lub/i zmieniac symetri? catego uktadu) [16]. Uktad nanorurek (,,nanoszczotki") umozliwitby zapis/odczyt informacji z duzej powierzchni jednoczesnie, co nie wymagatoby przesuwania catego dysku i znacznie skrocitoby czas odczytu [16]. Inne zastosowania nanorurek piezoelektrycznych zwiazane sa_ z przeptywem cieczy w takiej nanorurce [17-18]. Odpowiedni uktad elektrod i przyktadane do nich napi?cie powodowatby zmian? srednicy nanorurki. Znajdujapy si? w srodku ptyn zostatby przepchni?ty przez nanorurk? a na jej koncu utworzytaby si§ niewielka kropla. W ten sposob nanorurka mogtaby dziatac jako precyzyjna pompa odmierzaja_ca/dawkuja_ca niewielkie obj^tosci cieczy (np. w bardzo precyzyjnych podajnikach lekow lub w wysokorozdzielczych gtowicach drukarek atramentowych). Kolejna cz^sc pracy habilitacyjnej zwia^zana byta z obnizeniem kosztow wytwarzania nanorozmiarowych ferroelektrykow. Nanomateriaty ferroelektyczne o strukturze perowskitowej wymagaja^, w zaleznosci od stosowanych metod, albo wysokiej temperatury podczas procesu ich wytwarzania, albo krystalizacji po ich otrzymaniu w celu osiajgni^cia prawidtowej struktury krystalicznej i zwia^zanych z nia^ dobrych wtasciwosci fizycznych. Niestety koniecznosc wygrzewania wptywa na podwyzszenie kosztow produkcji tych materiatow. W zwia_zku z tym od wielu lat prowadzone sa^ badania w celu obnizenia temperatury niezb^dnej do uzyskania dobrej jakosci ferroelektrykow perowskitowych. W ramach tej pracy poczajkowo probowano wykorzystac metod? hydrotermalnq [19] jednak ostatecznie zdecydowano si? wybrac syntez? mechaniczna,, ktora umozliwia otrzymanie wtasciwej struktury krystalicznej w temperaturze pokojowej. Mechaniczna synteza, pomimo, ze jest znana i wykorzystywana od wielu lat (gtownie do otrzymywania stopow metali) niedawno zostata wykorzystana do otrzymywania ferroelektrykow. Mozliwosc uzyskania perowskitow w temperaturze pokojowej, poza obnizeniem kosztow produkcji, utatwia kontrol? stechiometrii materiatu, ktora moze ulegac zmianie z powodu wyst^pujqcej w wysokiej temperaturze dyfuzji niektorych pierwiastkow (np. otowiu lub bizmutu). Dodatkowa^ zaleta^ mechanicznej syntezy jest zastosowanie prostych tlenkow metali jako substraty do reakcji, ktore zazwyczaj sa^ tansze i chemicznie stabilniejsze od zwia^zkow chemicznych wykorzystywanych do produkcji identycznych nanomateriatow innymi metodami takimi jak zol-zel lub osadzanie z fazy gazowej. W ramach tej pracy metoda^ mechanicznej syntezy otrzymano ferroelektryki (BaTiO3, PbTiO3 lub PZT) i mutiferroik BiFeO3 i jego roztwory state [A9, A10, A11, A12]. Wykonane badania rentgenowskie po poszczegolnych etapach syntezy umozliwify monitorowanie przebiegu reakcji. Dla badanej grupy zwia^zkow synteza przebiegata podobnie. W pierwszym etapie nast^powato rozdrabniania tlenkow wykorzystywanych do syntezy. W czasie dtuzszego mielenia (po okoto 10-15 godzinach) pojawiaty si§ stabe piki zwiazane z powstaniem nowej struktury krystalicznej zidentyfikowanej jako faza perowskitowa. Brak jakichkolwiek niezidentyfikowanych pikow dyfrakcyjnych potwierdzit, ze uzyskany material posiada tylko jedna^ faz? krystaliczna^. Wydtuzanie czasu mielenia powodowato wzrost intensywnosci obserwowanych pikow dyfrakcyjnych, co swiadczy o coraz wi^kszym udziale fazy perowskitowej w badanym materiale. Dalsze wydtuzanie czasu reakcji (powyzej 50-70 h) wptywa na zmniejszenie intensywnosci pikow dyfrakcyjnych i zwi^kszenie ich szerokosci. Zmiany te sa_ efektem rozdrobnienia proszku ferroelektrycznego. Sposrod badanych zwiqzkow tylko w przypadku PbTiO3 zaobserwowano pojawianie sie. faz posrednich podczas syntezy. Widma dyfrakcyjne proszku otrzymanego po dwugodzinnym mieleniu zwierajav dodatkowe piki, ktore mozna zwiqzac z obecnosciajaz Pb3O4 i Ti10Oi8 [A12]. Badania wykonane za pomoca_ SEM potwierdzity, ze proszek ztozony jest z nanorozmiarowych krystalitow, ktore tworza^ luzrio upakowane aglomeraty. Wielkosc tych aglomeratow ma rozmiary od kilkudziesi^ciu nanometrow do nawet 200-250 nm. Na podstawie badari wykonanych za pomoca^ TEM mozna stwierdzic, ze poszczegolne aglomeraty zbudowane sq_ z krystalitow o wielkosci od kilku nanometrow do 30-40 nm. Szczegotowa analiza ujawnita istnienie serii ptaszczyzn krystalograficznych, ktore zwiazane sa^ z grupa^ ptaszczyzn sieciowych struktury perowskitowej, na co jednoznacznie wskazuja^ wyznaczone odlegtosci pomi^dzy poszczegolnymi ptaszczyznami sieciowymi. Dodatkowo badania te ujawnify, ze poszczegolne krystality otoczone sa^ amorficzna_ otoczka^. Ta amorficzna (strukturalnie nieuporza^dkowana) otoczka o grubosci okoto 1-2 nm ma decyduja_cy wptyw na finalne wtasciwosci nanoproszkow. W celu okreslenia wtasciwosci fizycznych nanoproszku BaTiO3 wykonane zostaty badania dielektryczne. Aby wyznaczyc temperature przemiany fazowej wykonano badania kompozytu zlozonego z polimeru PVDF oraz nanoproszku BaTiO3,w ktorym krystality BaTiO3 mozna traktowac jako izolowany nanomateriat. Wyznaczona na podstawie badania przenikalnosci dielektrycznej nanokompozytu temperatura przemiany fazowej wynosi okoto 330 K i jest nizsza niz uzyskiwana w badaniach tradycyjnych materiatow (ceramicznych lub monokrystalicznych). Widmo dielektryczne w poblizu temperatury przemiany fazowej jest bardzo szerokie i rozmyte. Podobny charakter ma temperaturowa zaleznosc przenikalnosci dielektrycznej zmierzona dla probek wykonanych z nanoproszku sprasowanego w temperaturze pokojowej. W tym przypadku widoczne jest rowniez szerokie maksimum w 10 poblizu temperatury przemiany fazowej, ktora wynosi okoto 341 K. Obnizenie temperatury przemiany fazowej oraz rozmycie anomalii dielektrycznej sa_ najprawdopodobniej zwia^zane z efektami rozmiarowymi wyst^pujapymi w nanoproszkach ferroelektrycznych. Istnienie fazy amorficznej wpfywa na wtasciwosci nanoproszkow i widoczne jest np. w widmach otrzymanych na podstawie badaniach spektroskopii ramanowskiej. Porownuja^c widma Ramana otrzymane podczas badari tradycyjnych materiatow i nanoproszkow mozna stwierdzic, ze tto (szczegolnie w zakresie 100-300 cm"1) jest zdecydowanie podwyzszone dla probek nanorozmiarowych. Rowniez piki, obserwowane podczas badaii nanoproszkow, sa^ zdecydowanie szersze. Zaobserwowano takze, ze niektore drgania wyst^pujq. przy nizszych cz^stosciach niz podczas badan tradycyjnych materiatow [A9]. Poszerzenie pikow byto rowniez widoczne podczas badari nanoproszkow metoda^XPS [A12]. Charakterystyczne linie obserwowane dla nanomateriatow sa^ ztozeniem piku charakterystycznego dla danego materiatu oraz mniejszego piku o nieco nizszej energii wia^zania. Najdoktadniej to zostato zbadane dla nanoproszku PbTiO3 otrzymanego melody mechanicznej syntezy. W przypadku kazdej z linii Pb4f, Ti2f lub O1s wystepowaty dodatkowe piki o nizszej energii niz linii gtownych. Zaobserwowano brak tych dodatkowych pikow w materiale nanokrystalicznym, z ktorego wyeliminowano faz? amorficznav w takcie krystalizacji. Z tych powodow obecnosc dodatkowych linii XPS mozna zwia^zac z istnieniem strukturalnie nieuporza^dkowanego materiatu, z ktorego zbudowana jest otoczka krystalitow. Najwi^kszy wptyw amorficznej otoczki i efektow rozmiarowych obserwowany byt podczas badari nanoproszku BiFeO3 otrzymanego metoda^ mechanicznej syntezy. Podobnie jak w przypadku ferroelektrykow, nanoproszki BiFeO3 tworza_ nieregularne luzno upakowane aglomeraty. Wielkosc pojedynczych ziaren ma dose duzy rozrzut (od kilku nanometrow do 30-40 nm) a krystality otoczone 53. amorficzna_ (strukturalnie nieuporzqdkowanaj otoczka_ o grubosci okoto 1-2 nm. Faza amorficzna moze osi^gna^c az do ~30 % obj^tosci catego materiatu (w przypadku ziaren o srednicy 10 nm). Amorficzny materiat moze zostac wykrystalizowany w trakcie wygrzewania w wysokiej temperaturze, co potwierdzajX wyniki pomiarow kalorymetrycznych, w ktorych podczas pierwszego grzania, poza anomaliami zwia^zanymi z przemianami fazowymi, widoczne sa^ dodatkowe anomalie cieplne w zakresie 380-450°C. Przeprowadzone badania mikroskopowe potwierdzity ten wniosek [20]. W wygrzanym nanoproszku znajduja, si§ ziarna, ktore w catosci posiadaja, struktur? perowskitowa.. Procesowi krystalizacji towarzyszy proces rozrostu ziaren, ktore po wygrzaniu maja^ sredni rozmiar 40-50 nm. Dodatkowym zaobserwowanym efektem wygrzewania jest zmiana morfologii krystalitow. Bezposrednio po syntezie otrzymywane 33. owalne ziarna a wygrzewanie powoduje, ze pojawiaja^ si? krystality z wyraznie zarysowanymi scianami. Na podstawie przeprowadzonych badari magnetycznych mozna stwierdzic, ze nanoproszki zbadane bezposrednio po syntezie posiadaja^ lepsze wtasciwosci magnetyczne, 11 ktore zwia,zane sa, zarowno z efektem rozmiarowym jak i obecnoscia, amorficznej otoczki krystalitow. W BiFeO3 dtugosc okresu cykloidalnego uporza,dkowania magnetycznego wynosi okoto 62 nm. W nanoproszkach, w ktorych krystality maja, rozmiary mniejsze niz 62 nm, spiny nie moga, wykonac petnej rotacji wzdtuz wektora falowego, co prowadzi do powstania dodatkowego wktadu do namagnesowania. Badania magnetyczne wykonane dla probek wygrzanych sa, bardzo podobne jak otrzymywane dla materiatow tradycyjnych. Zaieznosc magnetyzacji od zewn^trznego pola magnetycznego moze swiadczyc o istnieniu stabego uporza_dkowania magnetycznego lub uporza,dkowania antyferromagnetycznego. Zasadnicza, wada. BiFeO3 jest duze przewodnictwo elektryczne, ktore wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. Wykonane badania dielektryczne przeprowadzone na probkach ceramicznych otrzymanych z nanoproszkow potwierdzity istnienie duzego przewodnictwa elektrycznego [21]. Prawdopodobnie tak duza wartosc przewodnictwa jest spowodowana istnieja,cymi w materiatach otrzymanych w wyniku wysokoenergetycznego mielenia wakansami tlenowymi, ktore moga. bye zwiazane z fluktuacjami walencyjnosci jonow zelaza (3+ lub 2+). W chwili obecnej, sposrod badanych materiatow, BiFeO3 jest najatrakcyjniejszym materiatem, ktory jest mozliwy do wykorzystania w urza,dzeniach elektronicznych nowej generacji. Obecnosc w jednej fazie jednoczesnie co najmniej dwoch uporza.dkowari ferroicznych (ferroelektryczne, ferromagnetyczne, ferroelastyczne) mogtoby zostac wykorzystane do tworzenia catkowicie nowych urz^dzeri takich jak np. elementy pami^ci o czterech stanach (do tej pory wykorzystywane sa, pami^ci 2-stanowe); pami^ci nowego typu, w ktorych informacje b§da, zapisywane za pomoca, pola elektrycznego a odczytywane za pomoca, pola magnetycznego; wysokocz§stotliwosciowe filtry, ktore moga, bye dostrajane polem magnetycznym itp. Wzrost zainteresowania poszukiwaniami nowego materiatu BiFeO3 zwiazany byt rowniez z o dobrych wtasciwosciach piezoelektrycznych i ferroelektrycznych, ktory mogtby zastapic w elektronice PbTiO3 i jego roztwory state (przede wszystkim czysty i domieszkowany PZT). Ceramiki te zawieraja, zwia,zki otowiu, ktory, w celu ochrony srodowiska naturalnego, nalezy wyeliminowac (zgodnie z dyrektywa, UE Nr. 2002/95/EC obowiazuja,ca, od 2006 roku). Jednym z potencjalnych nastepcow PZT mogtby bye BiFeO3, jednak nie posiada on (jako tradycyjny materiat) dostatecznie dobrych wtasciwosci funkcjonalnych (np. wielkosc polaryzacji spontanicznej i wspotczynniki piezoelektryczne sa, zbyt mate). Prowadzone na catym swiecie badania ujawnity, ze ten sam zwia,zek ale jako nanomateriat ma zupetnie inne wtasciwosci. Cienkie warstwy epitaksjalne BiFeO3 maja, nawet kilkadziesiaj razy wi^ksza, wartosc polaryzacji spontanicznej niz materiaty tradycyjne [22]. Podobnie wartosc namagnesowania rosnie wraz ze zmniejszaniem grubosci cienkiej warstwy (ponizej 120 nm) [23]. Pomimo intensywnych badari prowadzanych na catym swiecie, ktorych celem jest wyjasnienie tych zmian (m. in. 12 podejmowane byty proby okreslenia wptywu defektow, napr^zen, obecnosci zanieczyszczen, wptywu magnetycznych i ferroelektrycznych scian domenowych, zasi^gu uporzajjkowania magnetycznego itd.) do tej pory nie udato w petni wyjasnic si§ mechanizmu odpowiedzialnego za wzrost polaryzacji spontanicznej i namagnesowania tego materiatu w nanoskali. [I] O.Auciello, J.F. Scott, R. Ramesh, Physics Today, 1998, 7, 22-27 [2] J. F. Scott, Ferroelectric memories, Berlin, Springer, 2000 [3] K. Ishikawa, K. Yoshikawa, N. Okada, Physical Review B, 1988, 37, 5852-5855. [4] K. Uchino, E. Sadanaga, T. Hirose, Journal of the American Ceramic Society, 1989, 72, 1555-1558. [5] S. Chattopadhyay, P. Ayyuby, V. R. Palkar, M. Multani, Physical Review B 1995, 52, 13177-13183. [6] S.B. Ren, C.J. Lu, H.M. Shen, Y.N. Wang, Physical Review B 1997, 55, 3485-3489. [7] S. Chattopadhyay, Nanostructured Materials, 1997, 9, 551-554. [8] B. Jiang, J. L. Peng, Journal of Applied Physics, 2000, 87, 3462-3467 [9] R. Waser, Nanoelectronics and information technology: advanced electronic materials and novel devices, Weinheim, Wiley-VCH, 2003. [10] A. Seifert, A. Vojta, J.S. Speck, F.F. Lange, Journal of Materials Research, 1996, 11, 1470-1482. [II] L. Zhao, AT. Chien, F.F. Lange, J.S. Speck, Journal of Materials Research, 1996, 11,1325-1328. [12] M. Dawber, I. Szafraniak, M. Alexe, J.F. Scott, Journal of Physics: Condensed Matter, 2003, 15, L667-L671. [13] www.itrs.net ("International Technology Roadmap for Semiconductors") [14] M. Steinhart, J.H. Wendorff, A. Greiner, R.B. Wehrspohn, K. Nielsch, J. Schilling, J. Choi, U. Gosele, Science, 2002, 296, 1997. [15] M. Steinhart, J.H. Wendorff, R.B. Wehrspohn, ChemPhysChem, 2003, 4, 1171-1176. [16] M. Alexe, Y. Luo, I. Szafraniak, R.B. Wehrspohn, M. Steinhart, "Piezoelectric actuators, transducers and storage device based on piezoelectric nanotubes and a method of fabrication", European Patent 03000969.3, 17.01.2003 [17] J.F. Scott, F.D. Morrison, M. Miyake, P. Zubko, X. Lou, V.M. Kugler, S. Rios, M. Zhang, T. Tatsuta, O. Tsuji, T.J. Leedham, Journal of the American Ceramic Society, 2005, 88, 1691-1701. [18] J.F. Scott, F.D. Morrison, M. Miyake, P. Zubko, Ferroelectrics, 2006, 336, 237-245. [19] I. Szafraniak, M. Alexe, Ferroelectrics, 2003, 291, 19-26 [20] I. Szafraniak-Wiza, W. Bednarski, S. Waplak, B. Hilczer, A. Pietraszko, L. K?piriski, Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 2009, 9, 3246-3251. [21] S.Greicius, J. Banys, I. Szafraniak-Wiza, Processing and Application of Ceramics, 2009, 3, 85-87. [22] J. Wang, J.B. Neaton, H. Zheng, V. Nagarajan, S.B. Ogale, B. Liu, D. Viehland, V. Vaithyanathan, D.G. Scholm, U.V. Waghmare, N.A. Spaldin, K.M. Rabe, M. Wuttig, R. Ramesh, Science, 2003, 299, 1719-1722. [23] J. Wang, "Ph.D. thesis. Deposition and characterization of multiferroic BiFeOa thin films" University of Maryland, College Park, 2005 13 5. Omowienie pozostatych osiqgniqc naukowo - badawczych. W 1995 roku ukoriczytam studia na Wydziale Fizyki Uniwersytetu im. A. Mickiewicza w Poznaniu. W ramach pracy magisterskiej pt. ,,Badanie wtasnosci fizycznych czterofluoroboranu pirydyniowego" ([C5NH6]"[BF4]+) zajmowatam si§ badaniem wtasciwosci fizycznych nowoodkrytego krysztatu molekularno-jonowego, w ktorym wyst^puje faza ferroelektryczna. W czasie pracy magisterskiej zaangazowana bytam w otrzymywanie monokrysztatow z roztworow wodnych. Wyniki wykonanych badari dielektrycznych (w szerokim zakresie temperatury i cz^stotliwosci pola mierza_cego) oraz p^tli histerezy dielektrycznej stanowity podstaw? mojej pracy magisterskiej. W latach 1995-2000 byfam stuchaczem Studium Doktoranckiego na Wydziale Fizyki DAM. W ramach pracy doktorskiej kontynuowatam badanie nowych zwia_zkow ferroelektrycznych (czterofluoroboranu i nadchloranu pirydynowego) oraz prostych soli pirydynowych. Zasadniczym celem prowadzonych badaii byto okreslenie mechanizmu strukturalnych przemian fazowych, wyznaczenie ich diagramow fazowych p-T oraz okreslenie dynamiki kationu pirydyniowego znajduja^cego si§ w roznym otoczeniu krystalicznym. W ramach tej pracy wykonatam przede wszystkim pomiary kalorymetryczne, dielektryczne i dylatometryczne w szerokim zakresie temperatur (80-400 K) i cisnienia hydrostatycznego (do 1GPa). Prac§ doktorska: ,,Badanie wtasnosci fizycznych i przemian fazowych w wybranych solach pirydyniowych z jednowartosciowymi anionami" obronitam w grudniu 2000 roku. Dnia 12.01.2001 Rada Wydziatu Fizyki Uniwersytet im. A. Mickiewicza nadata mi tytut doktor nauk fizycznych. Uzyskane w czasie doktoratu wyniki zostaty zaprezentowane w 5 artykutach (z listy filadelfijskiej) oraz przedstawione na konferencjach krajowych i mi^dzynarodowych jako 16 prezentacji plakatowych. W trakcie doktoratu odbyta staze w Niemczech: szesciomiesi^czny w roku 1996 na Uniwersytecie w Dim (w ramach stypendium DAAD) i jednomiesi^czny w roku 2000 w Instytucie Maxa Plancka w Halle oraz pi^ciomiesifczny staz na Uniwersytecie Umea w Szwecji w roku 1998 (w ramach programu Socrates-Erasmus). Bratam tez udziat w sesji pomiarowej podczas badan neutronowych prowadzonych w Berlinie w Hahn-Meitner Institute (w roku 1997). Badania naukowe stanowia.ce podstaw? doktoratu byfy finansowane w ramach grantu promotorskiego ,,Badanie wtasnosci fizycznych i przemian fazowych w wybranych solach pirydyniowych z jednowartosciowymi anionami" (KBN-2P03B00816), ktory byt realizowany od 01.01.1999 do 30.09.2000. Ponadto od 01.07.1996 do 30.11.1997 bytam wykonawca. w grancie ,,Badanie struktury i anizotropowych wtasnosci dielektrycznych krysztatow czterofluoroboranu pirydyniowego" (KBN-2 P03B07811). Po doktoracie kontynuowatam swoje zainteresowania materiatami ferroelektrycznymi, jednak gtowna tematyka moich badan zwia_zana byta z nanoskala^. Z tego powodu 14 zdecydowatam si§ na kontynuowanie mojej pracy naukowej w grupie prof. Marina Alexe w Instytucie Maxa Plancka w Halle (Max Planck Institute of Microstructure Physics), w jednym z najwazniejszych osrodkow badania ferroelektrykow w Europie. Od 1.02.2001-31.01.2003 swoJ3_ prac§ realizowatam w ramach prestizowego stypendium Marie Curie "Singlecrystalline Thin Films by Direct Wafer Bonding and Ion Induced Exfoliation" (Marie Curie Host Development Fellowship HPMD-CT-2000-00015), ktore byto finansowane w ramach 5 Programu Ramowego Komisji Europejskiej. Zasadniczym celem projektu byto opracowanie metody otrzymywania wysokiej jakosci cienkich warstw monokrystalicznych GaAs i InP oraz wybranych ferroelektrykow na dowolnym podtozu (metoda_ analogiczna^ do technologii ,,smart-cut®" opracowanej dla krzemu). Metoda ta polega na implantowaniu jonow (H+ i/lub He+) do ptytki wyci^tej z monokrysztatu na okreslonq gt^bokosc od jej powierzchni. Po zakoriczonym procesie implantowania w czasie wygrzewania zgromadzone w cienkiej warstwie jony migruja^ i gromadza^ si§ w okolicy istnieja^cych defektow. W trakcie dalszego ogrzewania wzrasta napr^zenie w obszarach zgromadzonych jonow, co w konsekwencji powoduje p^kanie materiatu. Jezeli powierzchnia krysztatu nie zostata usztywniona (np. w wyniku pota^czenia z innym krysztatem) to na jej powierzchni obserwowane sa_ charakterystyczne ztuszczenia materiatu. Najciekawsze wyniki obserwowane byty dla probek, ktore byty pota^czone z ptytkav krzemowa. metody bezposredniego ta^czenia (ang. direct wafer bonding). Metoda ta polega na uzyskaniu wiajzari kowalencyjnych w wyniku bezposredniego potqczenia dwoch idealnie ptaskich i czystych ptytek. Takie ptytki pota^czone ze soba_ w temperaturze pokojowej przylegajq do siebie w wyniku pojawienia si§ pomi§dzy nimi stabych wiajzari van der Waalsa lub wodorowych. W czasie wygrzewania stabe wia_zania pomi^dzy ptytkami ulegaja^ zamianie na silne wia^zania kowalencyjne. Technologia ta umozliwia otrzymanie dowolnych cienkich warstw monokrystalicznych na dowolnym podtozu oraz wyeliminowanie ograniczeii wyst^puja^cych w warstwach epitaksjalnych (np. zwia^zanych z niedopasowaniem sieci lub orientacja^ podtoza, istnieniem granic ziaren lub sieci dyslokacji zwiavzanych z relaksacja_ napr^zeti epitaksjalnych czy istnieniem warstw przejsciowych przy granicy z podtozem). W ramach projektu udato si§ okreslic warunki otrzymywania cienkich warstw GaAs o roznej orientacji krystalograficznej oraz dokonac ich transferu na monokrystaliczne ptytki krzemowe. Zbadano rowniez kilka ferroelektrykow (LaAIO3, LiNbO3, PLZT i SrTiO3) i okreslono warunki powstawania cienkich warstw monokrystalicznych. Jednak nie udato si§ przeprowadzic ich transferu bezposrednio na podtoze krzemowe. Przyczyna^ tych trudnosci byty pojawiaja^ce si§ w heterostrukturze napr^zenia, ktore wystepowaty podczas chtodzenia (po procesie wygrzewania) i zwiqzane byty z roznica_ wspotczynnikow rozszerzalnosci cieplnej krzemowego podtoza i ferroelektrykow. W zwia/ku z tym podj^to skuteczne proby transferu ferroelektrycznej cienkiej warstwy na podtoze krzemowe wykorzystuja_c warstwy posrednie. 15 W okresie 1.02.-30.09.2003 bytam zatrudniona w Instytucie Maxa Planck w Halle. W tym czasie bytam wykonawca^ w projekcie "Nano-sized Ferroelectric Hybrids" Volkswagen Foundation (Project No. 5/77737). W ramach tego projektu zaangazowana bytam w przygotowanie i badanie wtasciwosci fizycznych nanostruktur ferroelektrycznych. W celu otrzymania nanostruktur wykorzystywatam rozne metody: hydrotermalna^, mikroemulsje., zolzelowa^ itp. Najciekawsze wyniki osiajgni^te zostaty podczas badania nanostruktur uzyskanych w wyniku niestabilnosci ultracienkich warstw, ktore zostaty opisane w cze.sci 4. W tym czasie przygotowywatam i badatam rowniez nanorurki ferroelektryczne. Po zakohczeniu projektu kontynuowatam wspotprac? naukowa^ z grupe|_ prof. M. Alexe, a wspolne badania realizowatam podczas miesi^cznych stazy naukowych, ktore odbytam w roku 2004 i 2006 w Halle. Od 1.10.2003 jestem zatrudniona w Instytucie Inzynierii Materiatowej Politechniki Poznanskiej na stanowisku adiunkta. Pierwszy okres mojej pracy zwiazany byt z kontynuacja, badan ferroelektrycznych nanorurek. Badania te realizowane byty w ramach projektu ,,Funkcjonalne nanorurki wytwarzane metoda_ matrycowsi" (kierownik projektu) KBN 3T08A00527. Kolejny etap mojej pracy byt zwiazany z otrzymywaniem i badaniem nanoproszkow ferroelektrycznych otrzymanych.metody mechanicznej syntezy. W latach 2004-2010 w ramach wspotpracy z Instytutem Fizyki Molekularnej Polskiej Akademii Nauk realizowatam projekt badawczy pt. ,,Otrzymywanie nanostruktur ferroelektrycznych" (PBZ-MIN-012/KBN/2004). Badania realizowane w ramach tego projektu dotyczyty przede wszystkim okreslenia wtasciwosci fizycznych nanoproszkow ferroelektrycznych otrzymanych metody mechanicznej syntezy oraz ceramiki wykonanej z tych nanoproszkow. W ostatnim czasie przedmiotem moich badah jest czysty i domieszkowany BiFeO3, z ktorym wiazane sa_ ogromne mozliwosci potencjalnych zastosowah w nowoczesnych urzadzeniach. W przysztosci chciatabym kontynuowac prac§ w zakresie badan materiatow multiferroicznych. Jednofazowe multiferroiki nie spetnity poktadanych im oczekiwah z powodu niewielkiego sprz^zenie istnieja^cego pomi^dzy wtasciwosciami magnetycznymi i ferroelektrycznymi. Z tego powodu podejmowane ss[ proby uzyskania multiferroicznych kompozytow o duzym sprz^zeniu magnetoelektrycznym. Chciatabym wta^czyc si? w ten nurt swiatowych badan wykonuja_c kompozytowe ceramiki multiferroiczne otrzymywane w wyniku prasowania na gora^co piezoelektrycznych i magnetycznych nanoproszkow otrzymanych metody mechanicznej syntezy. Zwiajzane jest to rowniez z ostatnimi inwestycjami dokonanym przez Instytut Inzynierii Materiatowej, ktory zakupit odpowiedni^ pras§ do prasowania na gora_co i spiekania iskrowego. Zazwyczaj materiaty ceramiczne przygotowane metody prasowania na gora_co charakteryzuja_ si? bardzo dobra^ jakoscia^, co moze decydowac o ich finalnych wtasciwosciach. 16 W latach 2010/2011 bratam udziat w Studiach Podyplomowych Menedzer Projektow Badawczych organizowanych przez Uniwersytet im. Adama Mickiewicza dla pracownikow naukowych ze stopniem doktora. Jestem wspotautorem 36 prac z listy filadelfijskiej (i 9 prac spoza listy filadelfijskiej). Wedtug bazy Web of Science (20.02.2014 r.) prace te byty cytowane 882 razy (bez autocytowah 850), a indeks Hirscha wynosi 14. Sumaryczny impact factor wynosi 86,4. Jestem wspotautorem dwoch rozdziatow w ksiazkach naukowych wydanych w jezyku angielskim (1. M. Alexe, I. Radu, I. Szafraniak "Wafer bonding of ferroelectric materials" w ,,Wafer Bonding" M. Alexe, U. Gosele (red.) Springer, Berlin, 2004 (str 451-472); 2. I. Szafraniak-Wiza, M. Alexe, D. Hesse, ,,Nanosized ferroelectric crystals", (str 600-621) w "Handbook of advanced dielectric, piezoelectric and ferroelectric materials: Synthesis, properties and applications" Z-G Ye (red.), Woodhead Publishing Limited, Cambrigde 2008). Wyniki moim badah byty prezentowane na krajowych i miedzynarodowych konferencjach (ponad 90 komunikatow). Przedstawitam 4 wyktady zaproszone podczas miedzynarodowych konferencji naukowych: • "Nanosized ferroelectrics", Spring Meeting of the German Physical Society Division Condensed Matter, Regensburg, 2007 • "Characterization of multiferroic nanopowders obtained by mechanochemical synthesis", 9th International Symposium on Ferroic Domains and Micro- to Nanoscopic Structures, Dresden, 2006 • "Nanosized ferroelectric crystals", 11th International Meeting on Ferroelectricity, Foz do Iguagu, 2005 • "Nanosized ferroelectric crystals obtained by self-patterning method", XVI PolishCzech Seminar on Structural and Ferroelectric Phase Transitions, Wierzba, 2004. Jestem wspotatorem jednego patentu europejskiego (M. Alexe, Y. Luo, I. Szafraniak, R.B. Wehrspohn, M. Steinhart, "Piezoelectric actuators, transducers and storage device based on piezoelectric nanotubes and a method of fabrication", European Patent 03000969.3, 17.01.2003) Prac§ naukowa^ prowadzitam rowniez w osrodkach zagranicznych: • Anglia, Uniwersytet w Cambridge, 2006 (trzymiesi^czna wizyta naukowa w ramach, stypendium R. Wasilewskiego) • Kanada, Universite du Quebec, INRS - Energie, Materiaux et Telecommunications, Montreal 2003 - (tygodniowa wizyta naukowa) • Niemcy, Max Planck Institute, Halle 2001-2003 (staz podoktorski, stypendium Marie Curie) 17 • Niemcy, Max Planck Institute, Halle 2000, 2004, 2006 (jednomiesieczne wizyty naukowe) • Francja, ESRF, Grenoble, 2003 (tygodniowa sesja pomiarowa) • Szwecja, Umea University, 1998/99 (pieciomiesieczna wizyta naukowa, stypendium Socrates-Erasmus) • Niemcy, Hahn-Meitner Institute, Berlin, 1997 (tygodniowa sesja pomiarowa) • Niemcy, Ulm University, 1996 (szesciomiesieczna wizyta naukowa, stypendium DAAD) Bratam udziat w miedzynarodowych komitetach naukowych: • Stirring Committee "European Meeting on Ferroelectricity" • Management Committee COST Action 539 "Electroceramics from Nanopowders Produced by Non-conventional Methods" ELENA, 2005-2009 • Management Committee COST Action MP0904 "Single phase and multiphase ferroics and multiferroics with restricted geometries" (SIMUFER), 13.01.20101.03.2014 • International Advisory Committee "Micro- and Nano-scale Domain Structuring in Ferroelectrics" (22 - 26.08.2007, Ural State University, Ekaterinburg, Russia) Bratam udziat w miedzynarodowych projektach badawczych: • COST Action 539 "Electroceramics from Nanopowders Produced by Nonconventional Methods" ELENA, 2005-2009 • COST Action MP0904, "Single- and multiphase ferroics and multiferroics with restricted geometries (SIMUFER)", 2010-2014 W czasie swojej pracy w Instytucie Inzynierii Materiatowej Politechniki Poznariskiej (od 2003) bratam udziat w realizacji nastepuja.cych projektow badawczych: • ,,Funkcjonalne nanorurki wytwarzane metoda^ matrycowaj' (kierownik projektu) KBN 3T08A00527 (2004-2007) • "Towards size effects in nanosized ferroelectrics - fabrication of nanocrystals by self-assembling methods" FP6-2002-Mobility-11 Marie Curie European Reintegration Grant MERG-CT-2004-006312 (2005-2006) • ,,Otrzymywanie nanostruktur ferroelektrycznych" (kierownik projektu) KBN PBZMIN-012/KBN/2004 (2005-2010) • ,,Efekty rozmiarowe ferroelektrykow: otrzymywanie nanostruktur metodami samoorganizuja_cymi" (dofinansowanie MERG-CT-2004-006312) 11/6.PR UE/2005/7 (kierownik projektu) 18 • ,,Elektroceramiki otrzymywane z nanoproszkow wytworzonych metodami niekonwencjonalnymi" 2006-2009, (finansowanie kosztow realizacji projektu mi^dzynarodowego niewspotfinansowanego COST 539) • "Jedno i wielofazowe ferroiki i multiferroiki", 2010-2014, (finansowanie kosztow realizacji projektu mi^dzynarodowego niewspotfinansowanego, COST MP0904) • ,,Nanorozmiarowe struktury perowskitowe o wtasnosciach ferroelektrycznych i multiferroicznych" (kierownik projektu), 3084/B/T02/2011/40 (2011-2014) Za prac§ naukowa^ uzyskatam nast§puja_ce wyroznienia: • "Highlights of J. Phys.: Condens. Matter for 2003": M. Dawber, I. Szafraniak, M. Alexe, J.F. Scott, "Self-patterning of arrays of ferroelectric capacitors: Description by theory of substrate mediated strain interactions", J. Phys.: Condens. Matter, 15 (2003), L667-671. • "Best Poster Award": I. Szafraniak, M.-W. Chu, M. Alexe, D. Hesse, "Ferroelectric Size Effects of Epitaxial PZT Nanocrystals Obtained by Self-Patterning Method", 8th International Symposium on Ferroic Domains and Micro-to Nanoscopic Structures, Tsukuba, 2004 • Nagroda Zespotowa I stopnia JM Rektora Politechniki Poznanskiej za osiajni§cia naukowe w 2004 roku. • Stypendium Polityki "Zostahcie z nami" 2005 Jestem recenzentem artykutow naukowych w czasopismach: • Processing and Application of Ceramics • Materials Research Bulletin • Journal of Electronic Materials • Journal of Electroceramics • Ferroelectrics • Journal of Alloys and Compounds Recenzowatam projekty grantow naukowych finansowanych z funduszy europejskich w ramach nastepuja_cych konkursow: • FP7-NMP-2012-SMALL-6 • FP7-NMP-2012-SME-6 • FP7-PEOPLE-2012-IEF • FP7-PEOPLE-2012-IOF • FP7-PEOPLE-2012-IIF • FP7-PEOPLE-2013-IEF • FP7-PEOPLE-2013-IIF • FP7-PEOPLE-2013-IOF 19 W ramach dziatalnosci dydaktycznej od 2003 prowadz? zaj^cia dla studentow kierunku inzynieria materiatowa w formie wyktadow, cwiczeh i zaj^c laboratoryjnych. Zaj^cia te byty realizowane w ramach studiow jednolitych a obecnie dla pierwszego i drugiego stopnia ksztatcenia. Do chwili obecnej prowadzitam zaj^cia z nast^pujapych przedmiotow: ,,Fizyka ciata statego", ,,Fizyczne metody badan", ,,Metody badari nanomateriatow", ,,Nanomateriaty funkcjonalne", ,,Materiaty o szczegolnych wtasnosciach fizycznych", ,,Krystalografia", ,,Kompozyty", ,,Planowanie badan i analiza wynikow", ,,Korozja i ochrona przed korozja,", ,,Materiaty amorficzne i nanokrystaliczne", ,,Nanomateriaty do zastosowan w elektronice" oraz ,,Materiatoznawstwo" (laboratoria). 20