Odsek med letoma 1980 in 1984

Leto 1980

Podobno kot v prejšnjih letih je tudi leta 1980 na Odseku za fiziko trdne snovi delovalo pet laboratorijev: laboratorij za jedrsko magnetno resonanco, laboratorij za elektronsko paramagnetno resonanco, laboratorij za sipanje laserske svetlobe, laboratorij za dielektrično spektroskopijo in laboratorij za ultrazvočno spektroskopijo. Kot že leta poprej so na Odseku delovale tri aplikativne skupine:skupina za aplikacijo feroelektrikov, skupina za aplikacijo tekočih kristalov in skupina za uporabo NMR.

Raziskave so potekale na naslednjih področjih:

• raziskave mikroskopske narave in mrežne dinamike inkomenzurabilnih feroelektrikov in antiferoelektrikov,
• raziskave feroelastikov,
• raziskave smektičnih tekočih kristalov,
• raziskave biofizike membran,
• prenos znanja, dobljenega pri osnovnih raziskavah v fiziki kondenzirane materije, na aplikacije s področja elektronike, kemije, medicine, agronomije in gradbeništva.

V okviru osnovnih raziskav atomske, molekularne in kristalne strukture trdnih snovi je treba posebej poudariti, da se je težišče raziskav preneslo iz raziskovanja idealnih translacijsko periodičnih kristalov na raziskovanje neurejenih ali delno neurejenih sistemov, kjer vsaj v eni dimenziji ni reda dolgega dosega. Ti sistemi kažejo vrsto zanimivih pojavov, ki jih v idealnih translacijsko periodičnih kristalih ni, zanimivi pa so tudi za aplikativno uporabo. V ta okvir spadajo smektični tekoči kristali, kjer je red dolgega dosega le v eni oziroma v dveh dimenzijah. Sem spadajo še feroelektriki z vodikovimi vezmi, kjer je v visokotemperaturni fazi opaziti dinamično neurejenost protonov med dvema možnima legama v vodikovih vezeh. Poseben primer predstavljajo inkomenzurabilni sistemi, kjer sicer imamo red dolgega obsega, nimamo pa translacijske periodičnosti, tako da teh sistemov ne moremo uvrstiti v nobeno izmed 230-ih prostorskih kristalografskih grup.

V letu 1980 so prvič izmerili temperaturno odvisnost gostote solitonov v strukturno inkomenzurabilnih sistemih. Rezultati so pokazali, da izmerjene temperaturne odvisnosti ne gre pojasniti s splošno sprejeto teorijo, temveč le z modelom, ki temelji na predpostavki, da je vsa inkomenzurabilna faza kritična in da je treba zato kritične fluktuacije eksplicitno upoštevati. Rezultat je pokazal, da je dimenzionalnost inkomenzurabilne modulacije bolj pomembna od mrežne dimenzionalnosti.

Omeniti moramo tudi, da je bil v tem letu prvič opažen in dokazan pojav psevdo-lokalne zamrznitve mrežne dinamike in spontanega zloma lokalne simetrije v paraelektrični fazi visoko nad temperaturo prehoda – ta pojav so raziskovalci tudi kvantitativno razložili.

S pomočjo Brillouinovega sipanja pod visokimi pritiski je bila prvič kvantitativno verificirana termodinamska teorija feroelastičnih sistemov. Znanstveniki so postavili teorijo spin-mrežne relaksacije v inkomenzurabilnih sistemih in v sistemih, kjer je poleg nestabilnega mrežnega nihanja tudi centralno nihanje. Poleg tega je bila leta 1980 določena tudi lokalna stopnja urejenosti feroelektričnih dipolov v feroelektričnih tekočih kristalih s pomočjo ¹³C NMR.

Med aplikativnimi dosežki v tem letu izstopata nova teorija hidratacije cementa in nova metoda za določevanje stopnje strjevanja cementnih past. Raziskovalci so izdelali tudi matrični tekočekristalni zaslon in uporabili model tekočekristalnega osciloskopa s spominskim zapisom. V sodelovanju s tovarno Aero Celje je bilo izdelanih več kot 150.000 tekočekristalnih termometrov, ki so omogočali prodore na tuji trg. Izdelali so NMR oljni analizator za univerzo v Campinasu v Braziliji, omeniti pa velja še izdelavo originalnega infrardečega javljalca alarma, katerega proizvodnjo je prevzela DO Varnost.

Leto 1981

S ¹³C NMR je bila prvič določena molekularna urejenost v diskastih tekočih kristalih, ki so predstavljali novo in zelo malo raziskano podzvrst smektičnih tekočih kristalov.

S pomočjo EPR je bil dokazan obstoj lokalne zamrznitve dinamike nečistoč v feroelektrikih v primeru, da so bile nečistoče sklopljene s kristalno mrežo s silami kratkega dosega, ki so močnejše od interakcij v čistem kristalu. Ugotovitev je bila pomembna za dinamiko realnih sistemov, saj idealnih čistih feroelektrikov v naravi ni. Raziskave s pomočjo Brillouinovega sipanja laserske svetlobe so pokazale, da se feroelastiki pod vplivom enoosnega pritiska obnašajo enako kot feroelektriki pod vplivom zunanjega električnega polja. Poleg tega je bila na osnovi spinskega odmeva zdelana nova metoda, ki je omogočala meritev nizkofrekvenčnega spektra hitrostne avtokorelacijske funkcije molekul v tekoči ali plinasti fazi.

Z uporabo formalizma koherentnega povprečenja je bil raziskan problem dvo- in trifotonskih prehodov induciranih z močnim laserskim ali radiofrekvenčnim valovanjem v sistemu z diskretnimi energijskimi nivoji. EPR raziskave vzorcev mlečne zobne sklenine pa so pokazale, da je bila urejenost mikrokristalov v njej manjša kot pri vzorcih stalne sklenine, kar se je ujemalo s podatki o večji obolelosti mlečne sklenine za zobno gnilobo.

Na področju ustvarjanja aplikativnih dosežkov je za leto 1981 potrebno izpostaviti naslednje:

Znanstveniki so razvili so laboratorijski model ultrazvočnega defektoskopa in laboratorijski model LCD osciloskopa in prototip barvnega tekočekristalnega kazalnika na osnovi ťguest-hostŤ efekta.

Izdelali so detektor požarov na osnovi piroelektrične keramike.

Proizvodno linijo za tekočekristalne kazalnike so izročili Iskri v Šentjerneju. NMR napravo za raziskovanje hidratacije cementov pa so izročili enemu takratnih največjih evropskih proizvajalcev aditivov cementov iz Züricha.

Leto 1982

Na Odseku za fiziko trdne snovi je tega leta še vedno delovalo 5 laboratorijev: laboratorij za jedrsko magnetno resonanco, laboratorij za biofiziko, laboratorij za sipanje laserske svetlobe, laboratorij za dielektrično spektroskopijo in laboratorij za ultrazvočno spektroskopijo. Tako kot v prejšnjih eltih so na Odseku delovale tri aplikativne skupine: skupina za aplikacijo feroelektrikov, skupina za aplikacijo tekočih kristalov in skupina za uporabo NMR.

Tega leta so bile raziskave usmerjene predvsem na področje delno neurejenih sistemov, ki so bili do takrat dokaj neraziskani. Raziskovalci so ugotovili, da ti sistemi v naravi nastopajo pogosteje kot idealni kristali, prav tako pa so bili zanimivi tudi za samo uporabo.

Raziskovalce je leta 1982 predvsem zanimalo naslednje:

• raziskave narave in dinamike inkomenzurabilnih in ťklasičnihŤ feroelektrikov,
• raziskave feroelastikov,
• raziskave tekočih kristalov, predvsem holesterinskih in feroelektričnih,
• raziskave spinskih stekel,
• raziskave polimerov,
• raziskave biofizike membran,
• prenos znanja, dobljenega pri osnovnih raziskavah v fiziki kondenzirane materije, na aplikacije s področja medicine, elektrooptike, agronomije in gradbeništva.

V okviru raziskav inkomenzurabilnih sistemov je bil prvič dokazan obstoj ťsupragibljiveŤ inkomenzurabilne faze, v kateri se inkomezurabilna modulacija brez upora giblje skozi kristal. Prvič je bil izmerjen tudi spekter elementarnih ekscitacij v multisolitonski limiti.

Leta 1982 so odkrili tudi novo vrsto inkomenzurabilnega faznega prehoda, kjer je kritična količina amplituda inkomenzurabilne modulacije, ne pa valovni vektor, ki je bil značilen za običajne inkomezurabilne sisteme pri prehodu iz inkomenzurabilne v komenzurabilno fazo.

Eksperimentalno in teoretično so bile raziskane dielektrične lastnosti inkomenzurabilnih sistemov Rb₂ZnCl₄ in (NH₄)₂BeF₄, pri čemer se je izkazalo, da Landauova teorija zelo dobro popiše potek dielektrične konstante v inkomenzurabilni fazi, napove red prehoda in napove tudi veljavnost Curie-Weissovega zakona v bližini T_c.

Iz področja raziskav feroelektrikov je treba izpostaviti oblikovanje novega modela za tuneliranje protonov v KH₂PO₄ ob upoštevanju sil kratkega dosega. Ta model je dopolnjeval običajno sliko nestabilnega mrežnega nihanja in izražal tunelski integral H₂PO₄ skupine s pomočjo tunelskega integrala O-H–O vezi ter Slaterjevih energijskih parametrov za različne konfiguracije H₂PO₄ skupine.

Poseben dosežek  je za leto 1982 pomenila prva teorija spinskih stekel v mešanih feroelektričnih-antiferoelektričnih sistemih z vodikovimi vezmi.

V okviru raziskav tekočih kristalov je pri meritvah difuzije v raztopini polietilena prišlo do nepričakovanih rezultatov, ki pa jih je bilo mogoče razložiti z medsebojno povezavo polimernih verig, ki se je pokazala v dolgočasovnem poteku avtorelacijske funkcije hitrosti.

Z metodo jedrske resonance je bila proučevana vezana voda v raznih bioloških vzorcih in med drugim določena zveza med stopnjo vlažnosti ter orientacijsko urejenostjo osi vijačnice DNA vzorca. Prav tako je potrebno omeniti, da so raziskovalci vseskozi razvijali in izpopolnjevali eksperimentalne metode na osnovi jedrske magnetne resonance. Tako so izdelali modifikacijo pulznih sekvenc in INEPT ter DEPT, vpeljali so ¹⁷O jedrsko magnetno resonanco za določanje količine proteinov v zrnih in raztopinah in računalniško obdelali podatke že rutinske metode ¹H NMR za določanje vlage in olja v semenih, preverili so možnosti za uvedbo nove dvodimenzionalne NMR spektroskopije ter teoretsko obdelali problema preslikave notranjosti teles z magnetno resonanco in upodobitve pretočnih profilov za dve metodi, pulzno in zvezno.

Da bi izboljšali eksperimentalne pogoje pri raziskavah s sipanjem laserske svetlobe, je bila narejena analiza optimalnih parametrov Brillouinovega spektrometra in Fabry-Perrotovega interferometra z večkratnimi prehodi in z upoštevanjem izgub med prehodi.

Raziskave molekularnih modelov v biofiziki so pojasnile interakcije agregiranih molekul z membranami in nelinearno obnašanje porazdelitve amfifilnih molekul med pufersko raztopino in membrano. Raziskovalci so proučevali tudi delovanje ko-kancerogenih snovi na membrano eritrocita, da bi pojasnili mehanizem nastajanja tumorskih sprememb na celicah, ki potekajo preko vezanja molekul.

Tako kot v preteklih letih so tudi leta 1982 na odseku delovali v aplikativni smeri in sodelovali tudi z drugimi, zunanjimi naročniki. Izdelan je bil osciloskopski zaslon na osnovi nematskih tekočih kristalov, ki so ga predstavili na sejmu elektronike v Ljubljani. Izdelali so NMR analizator vsebnosti olja v zrnih in ga izročili institutu za poljedelstvo na Kitajsko. V sodelovanju z Iskro so izdelali ultrazvočni defektoskop. Za podjetje Varnost so proizvajali alarmne naprave.

Leto 1983

Na Odseku za fiziko trdne snovi je tega leta še vedno delovalo 5 laboratorijev: laboratorij za jedrsko magnetno resonanco, laboratorij za biofiziko, laboratorij za sipanje laserske svetlobe, laboratorij za dielektrično spektroskopijo in laboratorij za ultrazvočno spektroskopijo. Prav tako so na odseku delovale tri aplikativne skupine: skupina za aplikacijo feroelektrikov, skupina za aplikacijo tekočih kristalov in skupina za uporabo NMR.

Tega leta so bile raziskave usmerjene predvsem na področje delno urejene kondenzirane materije. Raziskovali so inkomenzurabilne kristale, ki so kazali popoln red dolgega obsega, kljub temu da niso imeli translacijske simetrije in jih zato niso mogli opisati s pomočjo katerekoli izmed 230-ih prostorskih grup. V središču raziskav so bili tudi tekoči kristali ter strukturna psevdospinska stekla in polimerne taline.

Poleg raziskav delno urejene kondenzirane materije je bilo v letu 1983 težišče dela še na dveh področjih: biofiziki membran in na prenosu znanja na aplikacije s področja elektrooptike, elektronike, medicine, agronomije in biotehnike.

V okviru raziskav inkomenzurabilnih sistemov je treba omeniti dva dosežka:

• Odkritje obstoja kaotične faze med inkomenzurabilno in komenzurabilno fazo.
• Odkritje obstoja termičnega ťodpetjaŤ modulacijskega vala pri dovolj visokih temperaturah v gornjem delu inkomezurabilne faze.

Raziskave feroelektrikov so potekale na podlagi raziskav psevdoenodimenzionalnih feroelektrikov CsH₂PO₄ in PbHPO₄. S pomočjo jedrske kvadrupolne dvojne resonance izotopa 170 so pri teh feroelektrikih dokazali obstoj solitonskih ekscitacij. Omeniti je še potrebno raziskave psevdoenodimezionalnega monoklinskega.

Na področju raziskav tekočih kristalov moramo izpostaviti določitev dielektričnih lastnosti feroelektričnih tekočih kristalov v izredno močnih magnetnih poljih, kjer je prišlo do prehoda iz modulirane v homogeno smektično C fazo. Prav tako je bila prvič določena tudi vloga različnih relaksacijskih mehanizmov v holesterinskem tekočem kristalu COC.

V okviru razvoja novih metod jedrske resonance velja omeniti odkritje nove vrste spinskega odmeva, kjer uporabimo multikvantno koherentnost ¹³C-H spinskih parov za selektivno refokusacijo precesije v nehomogenem magnetnem polju. Merili so tudi heteronuklearne skalarne spin-spinske konstante s pomočjo prenosa polarizacije v dvodimenzionalni NMR. Razvili so metodo selektivnega določanja spin-spinskih konstant dolgega dosega, ki so bile pomembne za NMR raziskovanje molekularne konformacije bioloških molekul. Omeniti moramo še izvedbo prve raziskave Rayleigh-Benardovih nestabilnosti s pomočjo merjenja hitrostnega polja z metodo spinskega odmeva in spinske preslikave – poročilo o tej prvi uporabi NMR zeugmatografije v fiziki kondenzirane materije je na specializirani konferenci na Kreti leta 1983 vzbudilo velik odmev.

Kar se tiče aplikativnih dosežkov, moramo izpostaviti izdelavo digitalnega mikroračunalniško kontroliranega prenosnega tekočekristalnega osciloskopa  z multimetrom, ki je na mednarodni razstavi INTERCAMA v Düsseldorfu vzbudil precejšnjo pozornost kot prvi dosežek te vrste na svetu.

Leta 1983 je bil izdelan tudi nov model ultrazvočnega defektoskopa in NMR oljnega analizatorja, ki ga je bilo možno upravljati računalniško.

V okviru raziskav na področju biofizike je treba omeniti raziskave bioloških membran in interakcij biološko aktivnih molekul z membranami oziroma komponentami membran. Ugotovili so povezavo med strukturo spinsko označenih forbonih estrov in njihovih analogov ter sposobnostjo vezanja za membrane eritrocitov, levkocitov in modelnih površin. Izmerili so tudi segmentno gibljivost albumina v raztopini in okarakterizirali so področja, kjer se lipidi vežejo na albumin.

Leto 1984

Na Odseku za fiziko trdne snovi je tega leta še vedno delovalo 5 laboratorijev: laboratorij za jedrsko magnetno resonanco, laboratorij za biofiziko, laboratorij za sipanje laserske svetlobe, laboratorij za dielektrično spektroskopijo in laboratorij za ultrazvočno spektroskopijo. Prav tako so na odseku delovale tri aplikativne skupine: skupina za aplikacijo feroelektrikov, skupina za aplikacijo tekočih kristalov in skupina za uporabo NMR.

Najpomembnejše raziskave so bile usmerjene v raziskovanje inkomenzurabilnih sistemov, kjer je potrebno posebej poudariti razvoj novega modela za opis teh sistemov in razvoj nove metode za določanje izredno majhnih energijskih vrzeli v spektru elementarnih ekscitacij. V okviru inkomenzurabilnih sistemov so razvili tudi novo NMR metodo za diskriminacijo med resničnimi inkomenzurabilnimi fazami in sistemi, ki so komenzurabilni, a imajo izredno veliko osnovno celico. Eksperimentalno so določili Lifshitzovo točko v inkomenzurabilnem RbH₃(SeO₃)₂  – do takrat je bila ta točka določena le v dveh sistemih: v helikoidalnih magnetnih strukturah in v feroelektričnem tekočem kristalu.

Raziskovalci so uvedli tudi EPR metodo za določanje odvisnosti spremembe solitonske gostote od temperature v inkomezurabilnih sistemih in določili kritičen eksponat za amplitudo inkomezurabilnega vala v K₂SeO₄.

Kar se tiče raziskav feroelektrikov in feroelastikov, je pomembno poudariti raziskave protonskih stekel s pomočjo jedrske magnetne resonance in razvoj tunelskega modela zanje. Prav tako so izvajali raziskave KH₂AsO₄, ki je predstavljal modelni sistem za feroelektrike vrste red-nered – te raziskave so pokazale, da imamo v paraelektrični fazi opraviti z zvezno porazdelitvijo kvazistatično polariziranih skupkov, katerih polarizacija variira od 0 do feroelektrične polarizacije. Omeniti je potrebno tudi prvo meritev lastne difuzije protonov v protonskem supraionskem prevodniku (in feroelektriku) CsHSO_4, ki je pokazal, da v supraionski fazi protoni difundirajo v kristalu prav tako hitro kot v vodi. Ugotovili so tudi dva mehka akustična nihajna načina s podobnima temperaturnima odvisnostnima v feroelastičnem BiVO₄ in LaNbO₄.

V okviru raziskav tekočih kristalov lahko izpostavimo postavitev teorije jedrske spinske relaksacije zaradi fluktuacij orientacijskega reda v smektični A fazi tekočih kristalov, prvo meritev tenzorja lastne difuzije v holesterinskih tekočih kristalih, študij orientacijske dinamike micel v nematskem liotropnem tekočem kristalu s pomočjo Rayleighovega sipanja, ki eksperimentalno dokazuje podobnost dinamike med termotropnimi in liotropnimi nematskimi tekočimi kristali in razlago temperaturne odvisnosti hoda vijačnice v feroelektričnih tekočih kristalih z uvedbo novih členov v izrazu za gostoto proste energije in določitev temperaturne odvisnosti spontane polarizacije, ki je prvič pokazala zlom P_s(T) v bližini T_c.

Tako kot v prejšnjih letih so na Odseku razvijali metode za na osnovi magnetne resonance, ultrazvoka in sipanja laserske svetlobe. Na področju teh raziskav velja omeniti razvoj časovno določljive metode za določevanje lastne difuzije, ki je pokazala, da v mnogih sistemih difuzijska konstanta ni konstanta, temveč je odvisna od difuzijskega časa. Razvili so nove metode za določevanje strukture molekul s pomočjo dvodimenzionalne jedrske magnetne resonance ¹H-¹³C. Izračunali so delovanje gradientnih tuljav, ki so bile posebnega pomena za izdelavo NMR tomografa. Izvedli so tudi prve NMR študije upodobitve zobnih tkiv. EPR metodo so uporabili za študij zobnega cementa. Prav tako so izboljšali zanesljivost določanja količine olja v semenih z razvojem novega računalniškega programa, ki je operaterja usmerjal na najbolj zanesljivo pot in je izboljševal preglednost podatkov. Patentirali so postopek za grafični prikaz prostorske ali ploskovne porazdelitve hitrosti pretoka  tekočine z magnetno resonanco. Pomembna je bila tudi izdelava ultrazvočnega pretvornika in merilne glave za kontrolo strjevanja cementne paste ali betona na osnovi ultrazvoka.

Na področju biofizikalnih raziskav pa so bili doseženi naslednji rezultati: raziskovalcem laboratorija za biofiziko je v sodelovanju s sodelavci nemškega centra za raziskovanje raka kot prvim na svetu uspelo sintetizirati skupino biološko aktivnih spinsko označenih estrov forbola, izdelali so fenomenološki model za opis interakcij neagregiranih molekul, njihovih agregatov in membran, v katerih se te molekule raztapljajo, s pomočjo elektronske paramagnetne resonance so raziskovali transport molekul v celicah, raziskovali pa so še segmentno gibanje proteina v raztopini pufra.

Glede sodelovanja z drugimi strokami in aplikativne razsežnosti odseka je za leto1984 posebej treba omeniti, da so izpopolnili osciloskop na osnovi tekočih kristalov ISKRASKOP: sedaj je imel hitri A/D pretvornik, ekran so razvili z zelo homogeno debelino, ki je omogočala enakomeren kontrast in obarvanost, uveli so še litografski postopek za odpravljanje defektov na substratu.

Izpopolnili so tudi infrardeče detektorje in razvijali napravo za NMR tomografijo.

Vse omenjene raziskave so bile vključene v mednarodna sodelovanja. Omenimo samo nekaj organizacij, s katerimi je Odsek za fiziko trdne snovi leta 1984 sodeloval: Institut za kristalografijo v Moskvi, Univerza Karl-Marx v Leipzigu, nuklearni institut Demokritos v Atenah, Kent State University, itd.