Modelování termodynamiky a dissipace v nanomagnetických a supravodivých materiálech
Hlavní řešitel:
RNDr. Zdeněk Kalva, CSc.
Spoluřešitelé:
Mgr. Eduard Gajdoš;
Ing. Pavel Mánek
Období řešení:
2002-2003
Celková dotace:
121 tis. Kč
Souhrn výsledků
Nedávný pokrok v experimentálním studiu magnetokalorického jevu (MCE) potvrdil naše předpovědi o možnosti získání technicky významného magnetokalorického jevu v nanomagnetických materiálech (X.X.Zhang,... Phys. Rev. Lett. 87 (2001) 157203/1-4). Podařilo se nám vytypovat nanomagnetické materiály slibující fyzikálně i technicky zajímavý průběh MCE (relativně velké ochlazení nebo ohřátí materiálu v technicky použitelném rozmezí teplot a změn externího magnetického pole). Nanomagnetické řetězce obklopené volitelným amorfním okolím jsou nyní připravovány preferenčním elektochemickým etchingem. v laboratoři Prof. G. Kozlowského na Wright University Ohio USA. Vznikají nanopóry o průměru cca 20nm a je možné měnit vzdálenost i složení nanomagnetických řetězců a i jejich materiálové okolí. Měření MCE na nových materiálech hodláme provádět ve spolupráci s laboratořemi university v Bristolu. Vypracován model ukazující a podporující naše představy o vlivu stupně korelovanosti látky na velikost a znaménko magnetokalorického jevu. Společně s J. Ulnerem z INT PAN ve Wroclawi jsme dále studovali závislost MCE na korelačních funkcích pro různé typy magnetoelastických interakcí. Byly provedeny předběžné výpočty pro materiály s dvouhladinovým spektrem (možnost supravodičů druhého druhu) a ukázána významná souvislost velikosti korelačních. funkcí a MCE. [3]. Pro modelování souvislosti stupně korelovanosti v materiálu s velikostí i znaménkem MCE se ukázal jako optimální matematický aparát Greenových funkcí zahrnující kvasičásticový formalismus. Numerické modelování MCE v závislosti na míře korelace a magnetické i krystalické anisotropie nyní dále probíhá pod vedením P. Mánka s využitím našich, již dříve připravených, modelovacích počítačových programů. Transdisciplinární význam MCE jako difusního procesu jsme předvedli na mezinárodních konferencích [7,8 zvaná plenární přednáška] a publikovali [1,2]. Zvláště jsme ukázali na pravděpodobnost změny soustavy kvasimagnonových a kvasifononových modů při blížení se některým fázovým přechodům.. Výrazný pokles energie některých modů kolektivních excitací je pravděpodobně významným transdisciplinárním fenoménem. Ukazuje se, že přechod od normální algebry do nekomutativní algebry hyperkomplexních čísel vede ke geometrické názornosti a k prohloubení fyzikálního vhledu. Pro representaci kolektivních magnetických excitací je pak vhodný jiný druh čísel (bivektory) než pro elastické kolektivní excitace (standartní vektory). Ve studiu problematiky dále pokračujeme ve spolupráci s Math-Phys. Institututem Dornach-Basel ve Švýcarsku. Článek přibližující tuto problematiku pro širší vědeckou veřejnosti byl přijat k publikovaní v září 2003 [5]. E. Gajdoš se zapojil do úsilí o transdisciplinární pochopení MCE využitím matematických prací Prof. P. Vopěnky o aktuálním nekonečnu, včetně možnosti aplikací hyperkomplexní nekomutativní matematiky. Spoluorganisoval v CTS transdisciplinární semináře, které také poukázaly na souvislosti MCE s termodynamikou kolektivních excitací. Některé své výsledky přednesl a publikoval na konferenci v Kodani [10]. Naše výsledky jsme referovali na významných zahraničních pracovištích (Wright University Dayton-Ohio USA, University of Bristol, London University aj. a byly také použity při práci se studenty (např. výjezdní semináře „Studentského klubu CTS, přednášky pro studenty Matematicko fyz.. fakulty a Fakulty humanitních studii UK).
Publikace výsledků: [1] Z. Kalva , J. Šesták „Transdisciplinary aspects of diffusion and magnetocaloric effect“ J. Thermal Analysis and Calorimetry 76/1 (2004) 1 - 8 [2] Z. Kalva , J. Šesták „ Diffusion, phase transition and magnetocaloric effect from the transdisciplinary perspective“ Report CTS No. CTS–03-17 (October 2003). [3] J. Ulner, Z. Kalva „Correlation function in two level magnetic systems interacting with phonons (in phonon beads.“ Report CTS No. CTS–04-02 (January 2004). [4] Z. Kalva „Actual infinity and horizon in scientific knowledge“ Mathematisch- Physikalische Korrespondenz 212(2003)28-31.(Schweiz- Basel) [5] Z. Kalva „Existují přírodě vlastní čísla?“ J. Psyche at Natura (přijato k publikaci v září 2003). Kapitoly v knihách a proceedings konferencí : [6] Z. Kalva „We may not be prepared“ IS THERE A PURPOSE IN NATURE? (Vesmír 2002 p. 169-172, edited by Ivan M. Havel and Anton Markoš, ISBN 80- [7] Z. Kalva , J. Šesták „Interdisciplinarity of heat diffusion„ Proceedings of International Conference THERMANAL, Slovensko 8.-10. October 2003. [8] Z. Kalva , J. Šesták „Interdisciplinarity of heat diffusion as seen from a more general perspective and its application to the magnetocaloric effect in superconducting and nano-magnetic materials“, Proceedings of 9th CCTA - Symposium on thermodynamics and structure, – Polsko, Zakopane 200 p.202 a také na CD konference [9] Z. Kalva, J. Šesták, J. Militký „Úvaha o transdisciplinaritě ve vědě“ CD Proceeding konference „Globální nebo regionální ve vědě, kultuře a společnosti“ Nečtiny 12.- 15.1.2004. [10] L. Hajnal, E. Gajdoš „Memory reconstruction“ Proceeding konference Gatherings in Biosemiotics 3 , Copenhagen 11.-14.7.2003 (bude publikováno v časopise Sign Systems Studies.
Přednášky: - Z. Kalva: 17.4.2002 zvaná přednáška „Magnetocaloric Effect and the Transdisciplinarity“ pro Departement of Mathematics and Statistic - Wright University Dayton-Ohio USA - Z. Kalva: 17.4.2002 zvaná přednáska“ Magnetocaloric Effect...“ pro MATH/PHYSICS SEMINAR Wright State University Dayton, Ohio. - Z. Kalva: 6.11.2002 zvaná přednáška „Problematika kvasičásticové interpretace magnetokalorického jevu“ Matematicko Fyzikální fakulta UK Katedra fyziky elektronových struktur. - Z. Kalva: zvaná přednáška na mezinárodním workshopu „Licht und Mass“ Švýcarsko – Basilej leden 2001. - Z. Kalva: pozván referovat o aplikaci hyperkomplexní matematiky do Mathematisch-Physikalische Inst. Dornach-Basel, Švýcarsko v prosinci 2003. - Problematika kvasičásticové interpretace magnetokalorického jevu byla přednesena a diskutována 6.11.2002 na Matematicko Fyzikální fakultě UK na pravidelném středečním semináři Katedry fyziky elektronových struktur (referoval Z. Kalva).. - Z. Kalva: 9th CCTA - Symposium on thermodynamics and structure, – Polsko, Zakopane 31.8.-5.9.2003. (zvaná přednáška). - Z. Kalva: XVI. Conference TERMANAL, Slovensko, Stará Lesná 8.-10.10.2003 (zvaná plenární přednáška). - Z. Kalva: „Úvaha o transdisciplinaritě ve vědě“ konference „Globální nebo regionální ve vědě, kultuře a společnosti“ Nečtiny 12.-15.1.2004.
Komentář k využití finančních prostředků v roce 2003 (celkem 41tis. Kč): - z prostředků grantu byla částečně financována cesta dr. Kalvy na konferenci TERMANAL na Slovensku a v Londýně (5.5 tis.Kč) - z prostředků grantu byla částečně financována cesta E. Gajdoše na konferenci v Kodani (12 tis.Kč) - byly pokryty náklady sociálního a zdravotního pojištění pracovníků (1.5 tis Kč) zakoupen drobný spotřební materiál v celkové hodnotě 237 Kč - zakoupeno zařízení na zálohování disků počítačů (7.5tis.Kč) - nakoupeny knihy (6 tis.Kč – zaregistrováno v CTS UK) - režie UK a bankovní poplatky (2.4 tis. Kč) Mzdové prostředky: - odměna E. Gajdoš 1500 Kč - odměna za administrativní práce B. Svatá 1000 Kč - odměna Z. Kalva 3500 Kč