Magnetic resonance studies of novel nanostructures  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
61733
Type F
Principal investigator Simon, Ferenc
Title in Hungarian Új nanoszerkezetek vizsgálata mágneses rezonancia módszerrel
Title in English Magnetic resonance studies of novel nanostructures
Keywords in Hungarian nanoszerkezetek, mágneses rezonancia, elektron spin rezonancia
Keywords in English nanostructures, magnetic resonance, elektron spin resonance
Discipline
Physics (Council of Physical Sciences)50 %
Solid-state Physics (Council of Physical Sciences)50 %
Panel Physics 1
Department or equivalent Department of Physics (Budapest University of Technology and Economics)
Starting date 2006-02-01
Closing date 2009-01-31
Funding (in million HUF) 10.555
FTE (full time equivalent) 1.81
state closed project
Summary in Hungarian
A nanoszerkezetű anyagok kutatása a jelenlegi anyagtudomány és szilárdtestkutatás élvonalába tartozik. Konkrétan az ún. szén-nanocsövek — melyek a grafit, gyémánt és fullerének után a szén negyedik fázisállapotát jelentik – állnak az érdeklődés előterében. Ezen anyagokat a hossz- és keresztirányú méreteik nagy aránya (aspect ratio) jellemzi. Ennek megfelelően fizikai tulajdonságaik is erősen egydimenziós jelleget mutatnak.
A szén nanocsövek iránt megnyilvánuló érdeklődés oka kettős: egyrészt az anyagoknak nagy az alkalmazási potenciálja, másfelől az anyagok méretéből és jellegéből adódóan olyan fizikai jelenségeket figyelhetünk meg, melyek alapkutatási érdeklődésre is számot tartanak. Az alapkutatásokat ezen anyagokban megfigyelt olyan jelenségek köre motíválja, mint pl. a Luttinger liquid állapot, vagy szupravezetés.
A javasolt téma a nanocsövek alap és alkalmazott kutatásaihoz járul hozzá, a nanocsövekbe töltött paramágneses fullerének szintézisével, ezen anyagok vizsgálatával, és a vizsgálathoz szükséges kísérleti berendezés fejlesztésével. Ezen célkitűzések tükrözik a pályázó személyes kvalifikációit, különös tekintettel az egyéni Marie-Curie ösztöndíjasként szerzett ismeretekre és a fogadóintézet infrastruktúráját. A pályázat célkitűzései a következők:
- Impulzusüzemű elektron spin rezonancia (ESR) berendezés fejlesztése
- Új nanoszerkezetek szintézisének vizsgálata
- Nanoszerkezetek vizsgálata az impulzusüzemű ESR berendezéssel
Summary
The study of nanostructural materials is in the forefront of modern material science and solid state research. Specifically, carbon nanotubes, that is considered as the fourth form of carbon after graphite, diamond and fullerenes, are in the focus of interest. Carbon nanotubes are compelling due to their large aspect ratio. Correspondingly, their physical properties also reflect a strongly one-dimensional character.
The interest toward carbon nanotubes is two-fold: on one hand they possess an enormous application potential, on the other hand they exhibit a number of exotic physical properties, such as e.g. the Luttinger liquid state or superconductivity, which make them very attractive for fundamental research.
The project contributes to the fundamental and application oriented reserch of carbon nanotubes. The main ingredients of the proposal are the synthesis of novel nanostructures by means of encapsulating paramagnetic fullerenes inside carbon nanotubes, the investigation of such compounds and the development of neccessary instrumentation. These objectives reflect the qualifications of the applicant, in particular the knowledge he has acquired during his individual Marie-Curie fellowship and the infrastructure of the host institute.
The project objective are as follows:
- Development of a pulsed electron spin resonance (ESR) spectormeter
- Synthesis of novel nanostructural materials
- Study of the nanostructural materials with the pulsed ESR instrument




 

Final report

  
Results in Hungarian
A szénalapú nanoszerkezetek korunk ígéretes anyagai. Alkalmazási területük az űrtechnológiától az orvostudományig terjed. Az alkalmazási potenciáljuk kiaknázásához elengedhetetlen az alapvető tulajdonságaik ismerete, amihez ezen pályázat eredményei is hozzájárultak. Egyfalú szén nanocsöveket és módosulatait vizsgáltuk szilárdtest spektroszkópia alkalmazásával. Előállítottunk és elektron spin rezonancia spektroszkópiával vizsgáltuk szén nanocsövekbe bevitt spin nyomjelzőket. Segítségükkel lehetőség nyílt a nanocsövek elektronikus tulajdonságainak jobb megértésére. Kiderült, hogy a nanocsövek elektronikus szerkezete egyedi korrellált viselkedést mutat, az ún. Luttinger folyadék állapotot. A kísérleti eredményeket élvonalbeli elméleti módszerekkel értelmeztük. Megmutattuk, hogy a nanocsövekbe bevitt spin-nyomjelzők termikusan stabilabbak mint egyéb előfordulási formájukban. Ezen anyagok várható alkalmazási területe a kvantum információ elmélet és az ún. spintronika (elektronikával analóg számítások elektron spinje felhasználásával). Az eredményeket a terület vezető folyóirataiban jelentettük meg (Physical Review Letters, Physical Review B, Chemical Physics Letters) illetve egy könyvfejezet formájában. A kutatás céljainak megvalósításába 40.000 euró Európai Uniós forrást is bevontunk. A BME Fizika Intézetében megtalálható nagyfrekvenciás elektron spin rezonancia spektrométert korszerűsítettük, aminek eredményekeppen az érzékenysége tekintetében újra a világ élvonalához tartozik.
Results in English
Carbon based nanostructures are promising materials with applications ranging from space research till medical sciences. However, exploitation of this enormous application potential requires a thorough understanding of their fundamental properties. This project contributed to such fundamental research aspects. We studied single wall carbon nanotubes using solid state spectroscopy. We synthesized and studied spin labels encapsulated inside the carbon nanotubes. This unraveled the unusual electronic properties of these materials namely strongly correlated electronic behavior, with the so called Luttinger-liquid ground state. Cutting-edge theoretical studies supported the experiments. We showed that the encapsulated spin labels are more stable than in their pristine form. The expected applications of these materials is in the field of quantum information processing and in spintronics (a method analogous to electronics but using the electron spin as information carrier). We published the results in leading international journals (Physical Review Letters, Physical Review B, and Chemical Physics Letters) and in the form of a book chapter. The project goals were financed by the European Union with 40.000 Euro. This allowed to modernize the high frequency electron spin resonance spectrometer at the host institute. With the development the instrument has a high sensitivity, which puts it among the top instruments in the world.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=61733
Decision
Yes





 

List of publications

  
Simon F, Kuzmany H, Fülöp F, Jánossy A, Bernardi J, Hauke F, Hirsch A: Encapsulating C59N azafullerenes inside single-wall carbon nanotubes, Physica Status Solidi (b) 243 No13 3263-3267 (2006), 2006
Singer PM, Wzietek P, Alloul H, Simon F, Kuzmany H: NMR study of spin excitations in carbon nanotubes, . Phys. Stat. Sol. (b) 243, 3111 (2006), 2006
Náfrádi B, Nemes NM, Fehér T, Forró L, Kim Y, Fischer JE, Luzzi DE, Simon F, Kuzmany H: Electron spin resonance of single-walled carbon nanotubes, Phys. Stat. Sol. (b)243, 3106 (2006), 2006
Zólyomi V, Rusznyák Á, Kürti J, Gali Á, Simon F, Kuzmany H, Szabados Á, Surján PR: Semiconductor-to-metal transition of double walled carbon nanotubes induced by inter-shell interaction, Phys. Stat. Sol. (b) 243, 3476 (2006), 2006
H. Rauf, T. Pichler, R. Pfeiffer, F. Simon, H. Kuzmany, and V. N. Popov: Detailed analysis of the Raman response of n-doped double-wall carbon, Phys. Rev. B 74, 235419 (2006), 2006
Ferenc Simon: Studying carbon nanotubes through encapsulation: from optical methods till magnetic resonance, J. Nanosci. and Nanotechn. 7, 1197 (2007)., 2007
M. Rümmeli, M Löffler, C. Kramberger, F. Simon, F. Fülöp, O. Jost, R. Schönfelder, A. Grüneis, T. Gemming, W. Pompe, B. Büchner, and T. Pichler: Laser evaporation synthesis of isotope engineered singe wall carbon nanotubes with non ferromagnetic catalysts, J. Phys. Chem. C 111, 4094 (2007)., 2007
S. de Brion, C. Darie, M. Holzapfel, D. Talbayev, L. Mihaly, F. Simon, A. Janossy, G. Chouteau: Spin excitations in the antiferromagnet NaNiO2, Phys. Rev. B 75, 094402 (2007)., 2007
V. Zolyomi, F. Simon, A. Rusznyak, R. Pfeiffer, H. Peterlik, H. Kuzmany, and J. Kurti: Inhomogeneity of 13C isotope distribution in isotope engineered carbon nanotubes: Experiment and theory, Phys. Rev. B 75, 195419 (2007)., 2007
H. Kuzmany, W. Plank, Ch. Chaman, R.Pfeiffer, F. Hasi, F. Simon, G. Rotas, G. Pagona, and N. Tagmatarchis: Raman scattering from nanomaterials encapsulated into single wall carbon nanotubes, J. Ram. Spec. 38, 704 (2007)., 2007
B. Dóra, M. Gulácsi, F. Simon, and H. Kuzmany: Spin gap and Luttinger liquid description of the NMR relaxation in carbon nanotubes, Phys. Rev. Lett. 99, 166402 (2007)., 2007
D. Quintavalle, F. Simon, A. Jánossy, G. Klupp, K. Kamarás, F. Borondics, and S. Pekker: The Fulleride Polymer Mg5C60, Phys. Stat. Sol. B 244, 3853-3856 (2007)., 2007
F. Simon, D. Quintavalle, A. Jánossy, B. Náfrádi, L. Forró, H. Kuzmany, F. Hauke, A. Hirsch, J. Mende, and H. Kuzmany: Metallic bundles of single-wall carbon nanotubes probed by electron spin resonance, Phys. Stat. Sol. B 244, 3885-3889 (2007)., 2007
W. Plank, H. Kuzmany, F. Simon, T. Saito, and N. Tagmatarchis: Fullerene derivatives encapsulated in carbon nanotubes, Phys. Stat. Sol. B 244, 4074-4077 (2007)., 2007
V. Zólyomi, F. Simon, Á. Rusznyák, R. Pfeiffer, H. Peterlik, H. Kuzmany, and J. Kürti: The effects of inhomogeneous isotope distribution on the vibrational properties of isotope enriched double wall carbon nanotubes, Phys. Stat. Sol. B 244, 4257-4260 (2007)., 2007
J. Kürti, V. Zólyomi, J. Koltai, F. Simon, R. Pfeiffer, and H. Kuzmany: Curvature effects in the D* band of small diameter carbon nanotubes, Phys. Stat. Sol. B 244, 4261-4264 (2007)., 2007
D. Quintavalle, F. Borondics, G. Klupp, A. Baserga, F. Simon, A. Janossy, K. Kamaras, and S. Pekker: Structure and properties of the stable two-dimensional conducting polymer Mg5C60, Phys. Rev. B 77, 155431 (2008), 2008
V. Zólyomi, J. Koltai, Á. Rusznyák, J. Kürti, Á. Gali, F. Simon, H. Kuzmany, Á. Szabados, and P. R. Surján: Intershell interaction in double walled carbon nanotubes: Charge transfer and orbital mixing, Phys. Rev. B 77, 245403 (2008), 2008
S. Tóth, D. Quintavalle, B. Náfrádi, L. Korecz, L. Forró, and F. Simon: Enhanced thermal stability and spin-lattice relaxation rate of N@C-60 inside carbon nanotubes, Phys. Rev. B 77, 214409 (2008), 2008
B. Dora, M. Gulacsi, F. Simon, P. Wzietek, H. Kuzmany: Luther-Emery liquid in the NMR relaxation rate of carbon nanotubes, Phys. Stat. Sol. B 245, 2159 (2008)., 2008
S. Toth, D. Quintavalle, B. Nafradi, L. Forro, L. Korecz, A. Rockenbauer, T. Kalai, K. Hideg, F. Simon: Stability and electronic properties of magnetic peapods, Phys. Stat. Sol. B 245, 2034 (2008)., 2008
F. Simon, M. Galambos, D. Quintavalle, B. Nafradi, L. Forro, J. Koltai, V. Zolyomi, J. Kurti, N. M. Nemes, M. H. Rummeli, H. Kuzmany, T. Pichler: Electron spin resonance in alkali doped SWCNTs, Phys. Stat. Sol. B 245, 1975 (2008)., 2008
Dora B, Simon F: Unusual Hyperfine Interaction of Dirac Electrons and NMR Spectroscopy in Graphene, Phys. Rev. Lett. 102, 197602 (2009), 2009
Ferenc Simon: Recent advances in the electronic and vibrational studies of carbon nanotubes using fullerenes as local probes, in ''Progress in Fullerene Research'', ed. Milton Lang Nova Science Publishers, 2007, ISBN 978-1-60021-841-5, pp. 145-203., 2007
Simon F, Kuzmany H, Náfrádi B, Fehér T, Forró L, Fülöp F, Jánossy A, Korecz L, Rockenbauer A, Hauke F, Hirsch A: Magnetic Fullerenes inside single-wall Carbon Nanotubes, Physical Review Letters 97, 136801 (2006), 2006
F. Simon, B. Dora, F. Muranyi, A. Janossy, S. Garaj, L. Forro, S. Bud'ko S, C. Petrovic, P. C. Canfield: Generalized Elliott-Yafet Theory of Electron Spin Relaxation in Metals: Origin of the Anomalous Electron Spin Lifetime in MgB2, Phys. Rev. Lett. 101, 177003 (2008)., 2008
B. Dóra, M. Gulácsi, J. Koltai, V. Zólyomi, J. Kürti, and F. Simon: Electron Spin Resonance Signal of Luttinger Liquids and Single-Wall Carbon Nanotubes, Phys. Rev. Lett. 101, 106408 (2008), 2008
Dora B, Simon F: Electron-Spin Dynamics in Strongly Correlated Metals, Phys. Rev. Lett. 102, 137001 (2009)., 2009
Simon F, Pfeiffer R, Kuzmany H: Temperature dependence of the optical excitation life-time and band-gap in chirality assigned semiconducting single-wall carbon nanotubes, Phys. Rev. B 74, 121411 (2006), 2006
F. Simon, F. Murányi, T. Fehér, A. Jánossy, L. Forró, C. Petrovic, S.L. Bud'ko, P.C. Canfield: Spin-lattice relaxation time of conduction electrons in MgB2, Phys. Rev. B 75, 024519 (2007)., 2007
F. Simon, H. Kuzmany, J. Bernardi, F. Hauke, and A. Hirsch: Encapsulating C59N azafullerene derivatives inside single-wall carbon nanotubes, Carbon 44, 1958-1962 (2006), 2006
Ferenc Simon, Herwig Peterlik, Rudolf Pfeiffer, Johannes Bernardi, and Hans Kuzmany: Fullerene release from the inside of carbon nanotubes: A possible route toward drug delivery, Chem. Phys. Lett. 445, 288 (2007)., 2007
Simon F, Kuzmany H: Growth of single wall carbon nanotubes from 13C isotope labelled organic solvents inside single wall carbon nanotube hosts, Chem. Phys. Lett. 85-88, 425 (2006), 2006




 

Events of the project

  
2010-04-13 09:03:58
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Kísérleti Fizika Tanszék (Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem), Új kutatóhely: Fizika Tanszék (Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem).



Back »