Oddział Niskich Temperatur i Nadprzewodnictwa jest sukcesorem Zakładu Niskich Temperatur będącego podstawowym działem powołanego 1 października 1966 roku Instytutu Niskich Temperatur i Badań Strukturalnych PAN, któremu Zakład użyczył swej nazwy. Od momentu powstania podstawowymi zainteresowaniami Oddziału były: nadprzewodnictwo, własności cieplne ciała stałego oraz rozwój i wykorzystanie technik kriogenicznych. Obecna tematyka nie odbiega bardzo od tego, koncentrując się na badaniach nadprzewodnictwa wysokotemperaturowego, transportu ciepła w ciele stałym oraz w kriokryształach, natomiast miejsce szeroko pojmowanej kriotechniki zajęła kriotermemetria, której rozwój zaowocował umiejscowieniem w INTiBS państwowego wzorca temperatury. 

Kierownikiem Oddziału jest dr hab. inż. Jacek Ćwik.

Tematyka badawcza:

  • Powstawanie i propagacja wzbudzeń termicznych w kryształach utworzonych z gazów szlachetnych i prostych gazów molekularnych.
  • Badanie rozproszeń fononów w materiałach nanokompozytowych otrzymanych na bazie prostych kryształów van der Waalsa.
  • Mechanizmy transportu ciepła w kryształach molekularnych i w nowych materiałach przeznaczonych do zastosowań elektrooptycznych.
  • Badanie współistnienia nadprzewodnictwa i magnetyzmu w domieszkowanych związkach typu AFe2As2 dla A = Ba, Eu, Ca (monokryształy, podstawiane za żelazo np. kobaltem).
  • Badanie własności magnetycznych i poszukiwanie nadprzewodnictwa w materiałach o małej gęstości nośników (płaszczyzny zbliźniaczeń w kryształach bizmutu i izolatorów topologicznych, nanoceramiki GaN, płaszczyzny rozdzielające SrTiO3 oraz LaAlO3).
  • Anizotropia współczynników termoelektrycznych pod wpływem przyłożenia jednoosiowego ciśnienia, pozwalającego na odbliźniaczanie monokrystalicznych próbek i badania stanu nematycznego
    żelazowych materiałów nadprzewodnikowych.
  • Dynamika wirów magnetycznych w domieszkowanych monokryształach nadprzewodników wysokotemperaturowych.
  • Zjawiska oddziaływania nadprzewodnictwa i magnetyzmu w nanorozmiarowych heterostrukturach typu zaworu spinowego.
  • Mechanizmy dyssypacji energii elektromagnetycznej w komercyjnych, nadprzewodzących kompozytach wysokotemperaturowych
  • Badanie charakterystyk metrologicznych wzorcowych termometrów platynowych nowej generacji w zakresie niskich temperatur.
  • Badania efektu magnetokalorycznego, właściwości magnetycznych i anizotropii magnetokrystalicznej monokryształów związków międzymetalicznych i metali ziem rzadkich.
  • Badania magnetostrykcji pojedynczych kryształów związków międzymetalicznych i metali ziem rzadkich.
  • Badania efektu magnetokalorycznego i właściwości magnetycznych materiałów magnetycznych z przejściami magnetostrukturalnymi.
  • Badanie efektu magnetokalorycznego i efektu magnetycznej pamięci kształtu w stopach Heuslera.

STRONA ODDZIAŁU

W skład Oddziału wchodzi także Laboratorium Wzorca Temperatury, które jest akredytowanym Laboratorium Wzorcującym. Prowadzi ono wzorcowanie urządzeń do pomiarów temperatury w zakresie od 0oC do 156oC, wykorzystując fakt, że INTiBS jest depozytariuszem państwowego wzorca jednostki miary temperatury dla zakresu od 13,8033K do 273,16K. 

LABORATORIUM WZORCA TEMPERATURY

Reprezentatywne publikacje:

  1. L.M. Tran, A.J. Zaleski, Z. Bukowski „Reentrant resistivity due to the interplay of superconductivity and magnetism in Eu0.73Ca0.27(Fe0.87Co0.13)2As2” Physical Review B 109 (2024) 014509
  2. H. Liang, D. Patel, M. Shahbazi, A. Morawski, D. Gajda, M. Rindfleisch, R. Taylor, Y. Yamauchi,  A. Hossain „Recent progress in MgB2 superconducting joint technology” Journal of Magnesium and Alloys 11 (2023) 2217
  3. P. Stachowiak, M. Babij, D. Szewczyk, Z. Bukowski „Anisotropies of thermal conductivity of SrIr4In2Ge4 and EuIr4In2Ge4 crystals: Manifestation of coupling of phonons with europium spin 1D fluctuations?” Journal of Chemical Physics 159 (2023) 19
  4. R. Veltcheva, C.  Garcia Izquierdo, R. Rusby, J. Pearce, E. Gomez, A. Kowal „Investigations of Type 3 non-uniqueness in standard platinum resistance thermometers between 83 K and 353 K" Measurement 216 (2023) 112863
  5. F. Li, D. Zhao, J. Liu. A. Kamantsev, E. Dilmieva, I. Koshkidko, C. Zhu, L. Ma, C. Zhen, D. Hou „Entropy change of magnetostructural transformation and magnetocaloric properties in a Ni50Mn18.5Ga25Cu6.5 Heusler alloy" Materials Research Bulletin 158 (2023) 112050
  6. O. Kryvchikov, Y.V. Horbatenko, O.A. Korolyuk, O.O. Romantsova, O.O. Kryvchikov, D. Szewczyk, A. Jeżowski „Exponential approximation of the coherence contribution to the thermal conductivity of complex clathrate-type crystals" Materialia 32 (2023) 101944
  7. A. P. Kamantsev, I. Koshkidko, E. O. Bykov, T. Gottschall, A. G. Gamzatov, A. M. Aliev, A. G. Varzaneh, P. Kameli „Giant irreversibility of the inverse magnetocaloric effect in the Ni47Mn40Sn12.5Cu0.5 Heusler alloy” Applied Physics Letters 123 (2023) 20
  8. J. Ćwik, I. Koshkidko, B. Weise, A. Czernuszewicz „High-field magnetic and magnetocaloric properties of pseudo-binary Er1−xHoxNi2 (x = 0.25–0.75) solid solutions” Journal of Alloys and Compounds 968 (2023) 172297
  9. V. Nizhankovskiy „Influence of temperature and magnetic field on optical absorption spectra of Nd3+- doped Gd3Ga5O12" Journal of Luminescence 263 (2023) 120025
  10. D. Gajda, A. Zaleski, A. Morawski, M. Babij, D. Szymański, M. Rindfleisch, D. Patel, M.S.A. Hossain „Influence of annealing temperature and isostatic pressure on microstructure and superconducting properties of isotopic Mg11B2 wires fabricated by internal Mg diffusion method” Journal of Alloys and Compounds 933 (2023) 167660
  11. I. Krivchikov, A. Jeżowski, D. Szewczyk, O.A. Korolyuk, О.О. Romantsova, L.M. Buravtseva, C. Cazorla, J.Ll. Tamarit „The role of optical phonons and anharmonicity in the appearance of the Boson peak-like anomaly in fully ordered molecular crystals” The Journal of Physical Chemistry Letters 13 (2022) 506
  12. Y. Koshkid'ko, E.T. Dilmieva, A.P. Kamantsev, J. Ćwik, K. Rogacki, A.V. Mashirov, V.V. Khovaylo, C.S. Mejia, M.A. Zagrebin, V.V. Sokolovskiy, V.D. Buchelnikov, P. Ari-Gur, P. Bhale, V.G. Shavrov, V.V. Koledov „Magnetocaloric effect and magnetic phase diagram of Ni-Mn-Ga Heusler alloy in steady and pulsed magnetic fields” Journal of Alloys and Compounds 904 (2022) 164051
  13. S. Kolev, B. Georgieva, T. Koutzarova, K. Krezhov, C. Ghelev, D. Kovacheva, B. Vertruyen, R. Closset, L.M. Tran, M. Babij, A.J. Zaleski „Magnetic Field Influence on the Microwave Characteristics of Composite Samples Based on Polycrystalline Y-Type Hexaferrite” Polymers 14 (2022) 4114
  14. Yetis¸, D. Avcı, F. Karaboga, C. Aksoy, D. Gajda, E. Martínez, F. M. Tanyıldızı , A. Zaleski, M. Babij, L. M. Tran, L. A. Angurel, G. F. de la Fuente, I. Belenli „Transport and structural properties of MgB2 /Fe wires produced by redesigning internal Mg diffusion process” Superconductor Science and Technology 35 (2022) 045012
  15. M. Simenas, S. Balciunas, J.N. Wilson, S. Svirskas, M. Kinka, M. Ptak, V. Kalendra, A. Gagor, D. Szewczyk, A. Sieradzki, R. Grigalaitis, A. Walsh, M. Maczka, J, Banys „Phase Diagram and Cation Dynamics of Mixed MA1–xFAxPbBr3 Hybrid Perovskites” Chemistry of Materials 33 (2021) 5926
  16. Zhang, I. Milisavljevic, K. Grzeszkiewicz, P. Stachowiak, D. Hreniak, Y. Wu „New Optical Ceramics: High-entropy sesquioxide X2O3 multiwavelength emission phosphor transparent ceramics” Journal of the European Ceramic Society 41 (2021) 3621
  17. A. Filatova-Zalewska, Z. Litwicki, K. Moszak, W. Olszewski, K. Opołczyńska, D. Pucicki, J. Serafińczuk, D. Hommel, A. Jeżowski „Anisotropic thermal conductivity of AlGaN/GaN superlattices” Nanotechnology 32 (2021) 075707
  18. J. Ćwik, Y. Koshkid’ko, K. Nenkov, A. Mikhailova, M. Małecka, T. Romanova, N. Kolchugina, and N. A. de Oliveira „Experimental and theoretical analysis of magnetocaloric behavior of Dy1−xErxNi2 intermetallics (x = 0.25, 0.5, 0.75) and their composites for low-temperature refrigerators performing an Ericsson cycle” Physical Review B  103 (2021) 214429
  19. A. Kowal, T. Merlone, Sawiński “Long-term stability of meteorological temperature sensors” Meteorological Applications 27 (2020), Issue 1,
  20. P. Ciechanowicz, S. Gorantla, E. Zdanowicz, J.-G. Rousset, D. Hlushchenko, K. Adamczyk, D. Majchrzak, R. Kudrawiec, D. Hommel „Arsenic-Induced Growth of Dodecagonal GaN Microrods with Stable a-Plane Walls” Advanced Optical Materials 9 (2021) 2001348
  21. M. Simenas, S. Balciunas, J.N. Wilson, S. Svirskas, M. Kinka, A. Garbaras, V. Kalendra, A. Gągor, D. Szewczyk, A. Sieradzki, M. Mączka, V. Samulionis, A. Walsh, R. Grigalaitis, J, Banys „Suppression of phase transitions and glass phase signatures in mixed cation halide perovskites” Nature Communications 11 (2020) 5103
  22. A. L. Solovjov, E.V. Petrenko, L.V. Omelchenko, E. Nazarova, K. Buchkov, K. Rogacki „Fluctuating Cooper pairs in FeSe at temperatures exceeding double Tc” Superconductor Science and Technology 34 (2021) 015013
  23. D. Rybicki, M. Sikora, J. Stępień, Ł. Gondek, K. Goc, T. Strączek, M. Jurczyszyn, C. Kapusta, Z. Bukowski, M. Babij, M. Matusiak, M. Zając „Direct evidence of uneven dxz and dyzorbital occupation in the superconducting state of iron pnictide” Physical Review B 102 (2020) 195126
  24. L. Konopko, A. Nikolaeva, T.E. Huber,  K. Rogacki „Quantum oscillations in nanowires of topological insulator Bi0.83Sb0.17” Applied Surface Science 526 (2020) 146750

Aparatura:

Urządzenia do syntez i wstępnej charakterystyki materiałowej

  • Skaningowy mikroskop elektronowy Philips 515 ze spektrometrem energii EDAX PV9800.
  • Piece muflowe i rurowe umożliwiające pracę do temperatury 1400−1600°.
  • Piec do otrzymywania próbek w łuku elektrycznym (tzw. arc melting)
  • Piec rurowy dwustrefowy, umożliwiający prace do temperatury 1400°C
  • Piec rurowy z możliwością syntezy w przepływie gazu (np. tlenu, amoniaku)

Urządzenia pomiarowe

  • PPMS (Physical Property Measurement System) firmy Quantum Design do prowadzenia badań w zakresie temperatur 1.8 - 400 K w polu magnetycznym do 9 T ze wstawkami umożliwiającymi pomiar:
    • ciepła właściwego;
    • namagnesowania stało- i zmienno-prądowego (metodą wyciąganej próbki);
    • namagnesowanie stałoprądowego (metodą momentu skręcającego – tzw. torque);
    • przewodnictwa cieplnego (metodą stacjonarną oraz dynamiczną);
    • współczynnika Seebecka;
    • przewodnictwa elektrycznego stało- i zmiennoprądowego (z rotatorem);
    • przewodnictwa elektrycznego stało- i zmiennoprądowego pod ciśnieniem do 3 GPa;
    • efektów termo- i galwanomagnetycznych (z rotatorem).
  • HOT DISK® TPS 3500 firmy HOT DISK Instruments do prowadzenia badań własności termofizycznych metodą transmisyjnego płaszczyznowego źródła ciepła w zakresie temperatur -35°C - 500°C pozwalający na wyznaczenie: przewodnictwa cieplnego; dyfuzyjności cieplnej i objętościowego ciepła właściwego
  • Kriostat helowy do pomiarów przewodnictwa cieplnego kriokryształów metodą stacjonarną w zakresie temperatur 1 - 50 K.
  • Stanowiska pomiarowe do badania przewodnictwa cieplnego i oporności elektrycznej ciał stałych w przedziale temperatur 5 – 300 K.
  • Urządzenie badawcze do wyznaczania współczynnika przewodnictwa cieplnego cienkich warstw metodą 3 omega w zakresie 100 – 325 K (również anizotropii współczynnika tj. podłużnego oraz poprzecznego przewodnictwa cieplnego)
  • Stanowiska do wzorcowania termometrów w punktach stałych skali temperatury od 13 K do 430 K z niepewnością mniejsza niż 1 mK
  • Stanowisko do wzorcowania termometrów metodą porównawczą w zakresie temperatur od 5K do 440°C z niepewnością 10 mK
  • Precyzyjne mostki stało- i zmiennoprądowe do pomiaru rezystancji z niepewnością lepszą niż 0.1 ppm
  • Epitaksja cienkich warstw (MBE- Molecular Beam Epitaxy)
  • Unikatowe magnesy Bittera do prowadzenia badań w polu magnetycznym do 14 T, umożliwiające pomiary:
    • magnetyczne przy wykorzystaniu magnetometru wibracyjnego (wyznaczenie zależności M(H) dla danej temperatury T i zależności M(T) dla danego pola magnetycznego H, o dokładności  ~10-5 emu), zakres temperatur 4.2 – 300 K
    • efektu magnetokalorycznego, w tym bezpośrednie wyznaczenie adiabatycznej zmiany temperatury (∆Tad)  oraz izotermicznej absorpcji/emisji ciepła (ΔQ) podczas namagnesowania i rozmagnesowania; Pomiary ∆Tad oraz ΔQ mogą być realizowane w funkcji pola magnetycznego (H) oraz w funkcji temperatury (T) przy danej temperaturze początkowej, o dokładnościach odpowiednio  ~10-2K i ~10-2J, w zakresie temperatur 4.2 – 350 K.
    • parametrów krytycznych, w tym temperatury krytycznej, prądu krytycznego i górnego pola krytycznego
  • Stanowisko do pomiarów własności w regulowanym źródle pola magnetycznego na podstawie układów magnetycznych (cylinder Halbacha) wykonanych z magnesów stałych pozwalające na:
    • bezpośrednie określenie adiabatycznej zmiany temperatury próbki (∆Tad) z dokładnością ~2*10-3K
    • bezpośredni pomiar izotermicznej absorpcji/emisji ciepła próbki (ΔQ) z dokładnością ~10-4J

w zakresie od -1.8 T do +1.8 T; w temperaturach 4.2 -350 K; umożliwia badania obu własności podczas namagnesowania i rozmagnesowania, w funkcji pola magnetycznego (H) oraz w funkcji temperatury (T) przy danej temperaturze początkowej

  • pomiary in-situ przejść magnetostrukturalnych w polach magnetycznych, w tym badania mikrostruktury materiałów z przejściem magnetostrukturalnym przy pomocy mikroskopu optycznego w magnesie Bittera (do 14 T) lub regulowanym źródle pola magnetycznego na podstawie układów magnetycznych (cylinder Halbacha) wykonanych z magnesów stałych (-1.8 T do + 1.8 T), w zakresie 77 – 350 K
  • Susceptometr firmy Lake Shore Cryogenics do prowadzenia badań w zakresie temperatur 4.2 - 300 K w polu magnetycznym do 9 T ze wstawkami umożliwiającymi pomiar:
    • namagnesowania stało- i zmienno-prądowego (metodą wyciąganej próbki);
    • przewodnictwa elektrycznego stało- i zmiennoprądowego;
  • magnetometr SQUIDowy (o dokładności 10-7 emu) pracujący w zakresie temperatur 2 - 300 K
  • spektrometr optyczny (zakres 300-900 nm, o rozdzielczości 0.06 nm) oraz wstawka optyczna z kwarcową wiązką wiodącą do pomiarów w wysokich polach magnetycznych (zakres temperatur 4.2 - 300 K)
  • Susceptometr firmy Oxford Instruments do prowadzenia badań w zakresie temperatur 1.9 - 350 K w polu magnetycznym do 9 T ze wstawkami umożliwiającymi pomiar:
    • namagnesowania stało- i zmienno-prądowego (metodą wyciąganej próbki);
    • przewodnictwa elektrycznego stało- i zmiennoprądowego;
    • prądów krytycznych drutów nadprzewodnikowych i ich złącz.
  • Teslatron firmy Oxford Instruments wyposażony w magnes o indukcji do 12 T i wkład do pomiarów w zakresie temperatur 1.8 - 300 K, wyposażony we wstawki do pomiarów:
    • przewodnictwa elektrycznego stało- i zmiennoprądowego;
    • efektu magnetokalorycznego;
    • efektów termo- i galwanomagnetycznych.

Pracownicy:

Lista pracowników