V001 / IJS

Odsek za fiziko trdne snovi (koordinator prof. dr. Andrej Zorko) in Odsek za teoretično fiziko sta skupaj z 11 drugimi odseki Instituta "Jožef Stefan" in v sodelovanju s Službo za vsebinsko podporo projektom, prenos tehnologij in inovacije ter tremi drugimi podpornimi službami pridobila projekt MSCA Cofund z naslovom »Slovenian Quantum Science Hub« (SQUASH). Projekt bo na področju kvantnih teorij, materialov in tehnologij IJS omogočil pridobitev vrhunskega raziskovalnega kadra iz tujine (40 podoktorandov), izvajanje odlične znanosti, izboljšanje delovnega okolja, prepoznavnosti, mednarodne konkurenčnosti in ugleda inštituta. Bodoči podoktorandi se bodo zaposlili na IJS za obdobje treh let, v tem obdobju pa bodo šli na obvezno dodatno izpopolnjevanje v tujino ali v podjetja. Imeli bodo tudi pester program dodatnih aktivnosti, kjer se bodo izobrazili na področjih komuniciranja znanosti, prenosa tehnologij in drugih prenosljivih veščin. Projekt, ki bo skupaj trajal 5 let, je zasnovan interdisciplinarno, medsektorsko in internacionalno ter ima proračun 11.520.000 EUR.

Raziskovalci Instituta "Jožef Stefan" so dosegli preboj v kvantni simulaciji z uporabo kvantnega žarilnika za modeliranje kvantne dinamike v realnih materialih uporabnih za kvantno računalništvo. Študija, nedavno objavljena v Nature Communications, neposredno opisuje proces, po katerem spomin izgublja informacijo zaradi kvantnih fluktuacij v kvantnem spominu. Z uporabo časovno ločene skenirajoče tunelske mikroskopije je ekipa najprej eksperimentalno preučila kvantno preurejanje domen v neravnovesnem elektronsko urejenem kristalu, pred leti odkritem na IJS. Za modeliranje teh procesov so uporabili superprevodni kvantni ‘žarilnik’ D-wave, ki natančno posnema interakcije med elektroni v dejanski snovi. Ugotovitve usklajujejo teoretične napovedi z empiričnimi podatki in razkrivajo ključne vpoglede v vedenje kvantnih materialov. Gre za prvo študijo v svetu, v kateri izračun na kvantnem računalniku opisuje dejanski eksperiment; študija ima pomembne posledice za osnovno razumevanje procesov v neravnovesnih kvantnih sistemih, za razvoj energetsko učinkovitih pomnilniških naprav in nadzor kvantne obdelave podatkov.

Skupina raziskovalcev z Odseka za fiziko nizkih in srednjih energij Instituta "Jožef Stefan" (Ava Rajh, doc. dr. Klemen Bučar, prof. dr. Iztok Arčon, Marko Petric in prof. dr. Matjaž Kavčič) je skupaj s kolegi s Kemijskega inštituta v reviji Carbon objavila članek z naslovom Structural and chemical analysis of hard carbon negative electrode for Na-ion battery with X-ray Raman scattering and solid-state NMR spectroscopy. V članku poročajo o natančni strukturni in kemijski karakterizaciji anode v natrij-ionski bateriji v različnih točkah njenega cikla. Ker se energije absorpcijskih robov lahkih elementov nahajajo v mehkem rentgenskem področju (pod 1 keV), je njihovo preučevanje z direktno meritvijo rentgenske absorpcije omejeno le na površino vzorca. Meritve absorpcijskih robov ogljika in natrija v razsežnih vzorcih so tako uspešno izvedli z uporabo rentgenskega ramanskega sipanja, kjer se energija vpadnih in sipanih fotonov nahajata v področju trde rentgenske svetlobe z visoko prodornostjo. Meritve so izvedli na žarkovni liniji P01 sinhrotrona PETRA III na inštitutu DESY v Hamburgu.

Sodelavke in sodelavci Odseka za elektronsko keramiko IJS sodelujejo v projektu Evropskega obrambnega sklada SCUALE: Trajnostne komponente za podvodno akustiko z uporabo materialov brez svinca v Evropi. V triletnem projektu, ki ga vodi francosko podjetje Thales, je štirinajst partnerjev iz podjetij, univerz in raziskovalnih institutov iz osmih držav. Namen projekta SCUALE so raziskave, razvoj in priprava naprednih piezoelektričnih materialov in komponent brez svinca z izboljšano učinkovitostjo, ki bi nadomestili obstoječe piezoelektrične keramične komponente za vojaško podvodno akustiko. V zadnjih dveh desetletjih je tudi evropska direktiva Omejevanje uporabe nekaterih nevarnih snovi v električni in elektronski opremi (RoHS) spodbujala raziskave piezoelektrične keramike brez svinca, ki naj bi nadomestila komercialno razširjeno keramiko na osnovi svinčevega cirkonata titanata (PZT). Cilj projekta je vzpostaviti vsaj eno evropsko dobavno verigo piezoelektričnih materialov brez svinca, ki bi bili primerni za uporabo v podvodni akustiki.

Doc. dr. Matjaž Humar iz laboratorija Humar Lab in Odseka za fiziko trdne snovi Instituta "Jožef Stefan" je po projektu ERC za začetek samostojne raziskovalne poti leta 2019 pridobil še projekt ERC za potrditev koncepta svojih raziskav in hitrejši prehod v inovacije (ERC Proof of Concept Grant). Cilj novo pridobljenega projekta EdibleLasers je izdelava laserjev le iz užitnih materialov in njihova uporaba za senzorje v hrani, zdravilih in drugih izdelkih. To področje raziskovanja je skoraj neobstoječe in zato ponuja ogromno možnosti, saj bodo takšni laserji omogočali zelo natančno merjenje lastnosti hrane in tako pripomogli k njeni kvaliteti in varnosti. Zaradi svoje majhnosti ne bodo spremenili lastnosti hrane, ker bodo narejeni iz hrane same, pa bodo lahko hitreje zaznali spremembe v svežini. Užitni laserji odpirajo tudi možnost širše uporabe: kot senzorji za medicinske namene, v snoveh in izdelkih za kmetijstvo, industrijo, trajnostni monitoring okolja in pitne vode. Na ta način bodo laserji pomembno vplivali na kakovost življenja.

Prof. dr. Barbara Malič z Odseka za elektronsko keramiko Instituta "Jožef Stefan" je na konferenci 41st Meeting on Ferroelectric materials and Their Applications, ki je potekala od 12. do 15. junija 2024 v Kjotu, Japonska, prejela mednarodno nagrado za raziskave feroelektričnih in piezoelektričnih materialov. Namen konference je bil združiti raziskovalce in inženirje z Japonske in mednarodne skupnosti, ki se posvečajo pojavom, povezanim s polarizacijo, metodam merjenja, pripravi, lastnostim in karakterizaciji materialov, vključujoč monokristale, keramiko, amporfne snovi, tanke plasti, polimere, tekoče kristale in kompozite, ter možnostim njihove uporabe. Prof. Malič je v vabljenem predavanju povzela raziskave piezoelektrične volumenske keramike na osnovi kalijevega natrijevega niobata. Slednji je poleg materialov na osnovi barijevega titanata in natrijevega bizmutovega titanata okolju prijaznejša alternativa komercialno najbolj razširjeni visoko učinkoviti piezoelektrični volumenski keramiki, ki vsebuje okrog 60 utežnih % svinca.