Informacja o dorobku naukowym
 i dydaktycznym

I. Dorobek naukowy

            Moje naukowe zainteresowania są związane z badaniem fizycznych zagadnień magnetycznego rezonansu jądrowego (MRJ) ciał stałych oraz z zastosowaniem  metod MRJ do badania struktury i dynamiki ciał stałych. Badania obejmują teoretyczne  i doświadczalne  aspekty różnych problem nierównowagowej  dynamiki wielocząsteczkowych  układów spinowych: zjawiska echa spinowego i drugie prawo termodynamiki; nieergodyczności  w układach spinowych; stanów kwazirównowagowych i dynamiki wielokwantowej koherencji w układach spinowych z  dipol-dipolowymi i kwadrupolowymi oddziaływaniami.
                    Badania naukowe umownie można podzielić na następujące rozdziały.

 1.      Badanie struktury i dynamiki ciał stałych metodą MRJ

            1.1. Opracowane ogólne zasady zastosowania orientacyjnych zależności (anizotropii) momentów (M_n) widm MRJ i czasów relaksacji spin - sieć (T₁, T_1p) w badaniach struktury i dynamiki monokryształów. Otrzymano ogólne wzory w postaci tensorowej, opisujące anizotropię momentów widm MRJ dowolnego rzędu oraz czasów relaksacji spin-sieć dla kryształów dowolnej symetrii z różnymi oddziaływaniami magnetycznych jąder: dipolowymi, elektronowo-jądrowymi (przesunięcie chemiczne) oraz kwadrupolowymi. Na podstawie otrzymanych wzorów i teorii optymalnego planowania eksperymentu zaproponowano D-optymalne plany eksperymentów MRJ. Metodą momentów zbadane struktura krystaliczna i dynamika magnetycznych jąder w monokryształach H₂SeO₃, NH₃SO₃, (COOH)₂ 2H₂O, LiH₃(SeO₃)₂ ,  CaBSiO₄(0H) i innych. Metoda momentów była zastosowana przy badaniach µSR-spektroskopią miejsc lokalizacji muonów w przewodnikach.
       1.2. Dla różnych mechanizmów ruchów cieplnych teoretycznie i doświadczalnie zbadany transformacje temperaturowe kształtu widma MRJ ciał stałych z molekularną dynamiką w zakresie ruchów powolnych, gdy częstość ruchów cieplnych jest rzędu szerokości widma MRJ. Na podstawie analizy temperaturowych zmian widm MRJ zbadana struktura i dynamika molekuł oraz molekularnych grup w kryształach: BeSO₄ 4H₂O,  ABF₆ 6H₂O,  Na₂Al₂Si₃O₁₀ 2H₂O, Ca₅(PO₄)₃[F_1-x(OH)_x] itd. Zaproponowano wykorzystanie metody momentów w badaniach temperaturowych transformacji kształtu widma MRJ wielospinowych dynamicznych układów.
                1.3. Metodą MRJ zbadane transformacje widm MRJ jąder ⁹³Nb i ⁷Li w krysztale niobatu litu  LiNbO₃ przy różnych wartościach temperatury i natężenia zewnętrznego pola elektrycznego. Opracowano metodę badania defektów ciał krystalicznych podstawę, której stanowi orientacyjna zależność momentów linii MRJ centralnych przejść spektroskopowych   kwadrupolowych jąder o połówkowym spinie. Stosując metodę modelowania komputerowego widm MRJ udowodniono, że w  LiNbO₃ realizują się defekty  Nb_Li +3V_Li  oraz  V_Li .

2.      Sygnały echa spinowego w ciałach stałych

              2.1. Zaproponowano nową metodę analizy kształtu sygnałów echa spinowego w ciałach stałych. Podstawę metody stanowi  formalizm opracowany przez Mori'jego  i innych dla badania procesów nierównowagowych.
                2.2. Opracowano nową metodę (metodę „momentów”) badania kształtu echa spinowego w ciałach stałych z molekularna ruchliwością.
            2.3. Zbadano wpływ szerokości impulsów oraz ruchów cieplnych jąder na czasowe położenie i amplitudę sygnałów solid – echa . Udowodniono, że w zakresie ruchów powolnych, gdy częstość ruchów cieplnych jest rzędu szerokości widma MRJ czasowe położenie maksimum sygnału echa przesuwa się w stronę końca drugiego impulsu radiowego. Udowodniono, że w temperaturowej zależności amplitudy sygnałów echa obserwuje się minimum wartość którego daje możliwość otrzymać ważną informację o dynamice grup molekularnych w ciele stałym. Otrzymane teoretyczne wyniki zostały zastosowane przy badaniach metodą solid - echa ruchów cieplnych w  substancjach: C₆H₁₂, CH₂Cl -  CH₂Cl, Na₂Al₂Si₃O₁₀ 2H₂O, C₆H₆, NaCa₄(Al₁₀Si₂₆O₇₂) 28H₂O, NH₄Cl, [C(NH₂)₃]₃Sb₂Cl₉  .
                 2.4. Teoretycznie i doświadczalnie udowodniono, że w układach spinowych z oddziaływaniami dipolowymi istnieje możliwość formowania sygnału echa spinowego dla  dwuimpulsowej sekwencji 90⁰₀ - t - ß⁰₀, w której faza pierwszego impulsu radiowego pokrywa się z fazą drugiego impulsu.
            2.5. Wykonano analizę wpływu ruchów cieplnych molekuł na sygnały tak zwanego echa magicznego w ciałach stałych z dipolowymi oddziaływaniami i wykazano, że w temperaturowej zależności amplitudy echa magicznego obserwuje się minimum wartość, którego daje możliwość otrzymać ważną informację o dynamice ciała stałego.
               2.6. Zaproponowano prostą sekwencję impulsową   (2n+1) 90⁰₀  - 90⁰_90⁰ - t, za pomocą, której otrzymuje się echo magiczne w układach spinowych z oddziaływaniami dipolowymi. W odróżnieniu od wiadomych z literatury impulsowych sekwencji (WHH-4 i inne), zawierających, co najmniej cztery impulsy, zaproponowana sekwencja zawiera tylko dwa impulsy, co znacznie upraszcza analizę wpływu szerokości impulsów oraz ruchów cieplnych na czasowe położenie i amplitudę sygnały echa magicznego. Udowodniono, że sekwencja (2n+1) 90⁰₀  - 90⁰_90⁰ - t, daje możliwość otrzymać sygnał echa magicznego w układach spinowych z oddziaływaniami kwadrupolowymi. Sekwencja „magiczna” (2n+1)90⁰₀ - 90⁰_90⁰ - t, została zastosowana przy badaniu ruchów cieplnych w kryształach: C₆H₆, NH₄Cl, [C(NH₂)₃]₃Sb₂Cl₉.

3. NMR w uporządkowanych magnetycznie ciałach stałych.

             3.1. Zakładając, że termiczne fluktuacje elektronowego namagnesowania wywołują fluktuację nadsubtelnego oddziaływania opracowana teoria relaksacji sygnałów echa spinowego jąder o spinie I = 1/2  w magnetykach. Teoria dobrze opisuje doświadczalną zależność orientacyjną zaniku sygnałów echa spinowego jąder ⁵⁷Fe  w błonie monokrystalicznej  Y₃Fe₃O₁₂.
          3.2. Teoretycznie i eksperymentalnie zbadana możliwość formowania w magnetycznie uporządkowanych substancjach sygnałów dwóch impulsowych echo w chwili 4tau (tau - odstęp czasowy między impulsami) od kwadrupolowych jąder o spinie I = 3/2. Udowodniono, że sygnał echa w czasie 4tau formowany jest w wyniku wzbudzenia pierwszym impulsem w układzie kwadrupolowych jąder trójkwantowej koherencji. Dodatkowy sygnał echa w chwili   4tau  wykazuje niezwykłe właściwości: widmo NMR zarejestrowane za pomocą tego sygnału echa odzwierciedla tylko centralne przejścia spektroskopowe (+1/2) - (-1/2), podczas gdy widmo podstawowego sygnału echa (echa Hahna) w chwili   2tau  zawiera linie od wszystkich możliwych przejść spektroskopowych. Wielokwantowe (w chwili 4tau) oraz podstawowe (w chwili 2tau) echa zostały wykorzystane w badaniach nadsubtelnych i kwadrupolowych oddziaływań jonów chromu w ferromagnetykach: CdCr₂Se₄, HgCr₂Se₄ , CuCr₂Se₄ ,  Li_0,5Fe_2,5-xCr_xO₄.
                    3.3. Zakładając, że termiczne fluktuacje elektronowego namagnesowania wywołują fluktuacje nadsubtelnego i kwadrupolowego hamiltonianów, opracowana teoria relaksacji sygnałów echa spinowego jąder o spinie I=3/2 w magnetykach. Teoria dobrze opisuje doświadczalne dane dotyczące relaksacji sygnałów echa w chwilach 2tau  i 4tau  w Cd_0,985Ag_0,015Cr₂Se₄.
               3.4. Udowodniono, że sygnały echa spinowego w chwilach „ułamkowych”: (4/3)tau, (3/2)tau, (5/3)tau,  (5/2)tau, (7/2)tau, (9/2)tau, 5tau, 6tau zaobserwowane w HgCr₂Se₄  związane są ze skorelowanym charakterem niejednorodnych magnetycznych i kwadrupolowych poszerzeń, spowodowanych rozrzutem kierunków elektronowego namagnesowania względnych lokalnych osi symetrii.

4.      Inne badania

               4.1. Zbadano wpływ drgań oraz dyfuzji molekuł wody w kryształach na symetrię orientacyjnych zależności widm MRJ.
        4.2. Metodą elektronowego paramagnetycznego rezonansu (EPR) wolnych rodników zbadany przejścia fazowe (paraelektrik - ferroelektrik, paraelektrik - ferroelastik) w gamma-napromieniowanych kryształach rodziny MeH₃(SeO₃)₂, gdzie  Me = Li, K, Na, Cs, Rb, NH₄.
            4.3. Udowodniono, że sygnał zaniku precesji swobodnej układu wielospinowego z oddziaływaniami dipolowymi i kwadrupolowymi ma początek w środku wzbudzającego układ radiowego 90⁰ impulsu.
            4.4. Otrzymano wzór uwzględniający wpływ kwadrupolowych oddziaływań jąder S > 1/2 związanych dipolowo z jądrami o spinie I = 1/2  na drugi moment widma MRJ jąder I.
          4.5. Zbadano temperaturowe zmiany sygnałów echa kwadrupolowego rezonansu jądrowego jąder ³⁵Cl. Udowodniono, że czas relaksacji amplitudy sygnału echa może maleć (a nie wzractać) przy zwiększeniu temperatury próbki, co dobrze zgadza się z doświadczalnymi danymi w (NH₂)₂CS C₂Cl₆.
        4.6. W przypadku współistnienia w ciele stałym kilku niezależnych ruchów grupy molekularnej wyprowadzono ogólny wzór na funkcje korelacji dipolowych pól lokalnych. Otrzymane teoretyczne wyniki zostały zastosowane przy analizie temperaturowych zmian drugiego momentu widma NMR, czasów relaksacji spin-siec oraz sygnałów echa spinowego w ciałach stałych zawierających grupy molekularne wykonujące skomplikowane ruchy cieplne.

II. Dorobek dydaktyktyczny

        Za 35 lat pracy w uczelniach wyższych (Uniwersytet Krasnojarski, Uniwersytet Simferopolski, WSP-Słupsk, Uniwersytet Szczeciński) prowadziłem zajęcia (wykłady, ćwiczenia, laboratoria) ze wszystkich rozdziałów fizyki ogólnej oraz teoretycznej. W ramach specjalizacji prowadziłem zajęcia (wykłady, ćwiczenia, laboratoria) z Fizyki rezonasu magnetycznego, Fizyki kryształów, Chemii kwantowej, Fizyki zjawisk magnetycznych, Fizyki ciała stałego.
          Byłem promoterem około 100 prac magisterskich. Wypromowałem 4-ch doktorantów. Jeden z wypromowanych doktorantów obronił w 2005 roku pracę habilitacyjną.
             Opublikowałem 10 prac naukowo-dydaktycznych oraz 2 skrypty.