Poluvodiči

Svojstva poluvodiča najbolje objašnjava teorija vrpci koju je moguće tumačiti preko teorije molekulskih orbitala i modela gotovo slobodnog elektrona. Teorija molekulskih orbitala nastanak valentne i vodljive vrpce objašnjava kao nastanak veznih i protuveznih orbitala dok model gotovo slobodnog elektrona dopuštena energetska stanja računa uz pomoć kvantnog sustava čestice u kutiji s periodičnim potencijalom. Pored elementarnog silicija koji je primjer intrinzičnih poluvodiča postoje i ekstrinzični poluvodiči. Dva su tipa ekstrinzičnih poluvodiča, n-tip i p-tip. Kod n-tipa poluvodiča za vođenje su odgovorni elektroni, a kod p-tipa to su šupljine. Silicij se dobiva redukcijom silicijevog dioksida nakon čega ga je potrebno dodatno pročistiti što je moguće napraviti kemijskom depozicijom para. Tako nastali polikristalni silicij najčešće se Czochralskijevim procesom prevodi u monokristalni silicij. Monokristal silicija reže se na tanke pločice (vafere) iz kojih se daljnjim procesima fotolitografije, jetkanja i dopiranja dobivaju čipovi. Najznačajni izumi današnje moderne tehnologije svoj temelj imaju u poluvodičima. Zbog energetske učinkovitosti LED žarulje iz upotrebe izbacuju halogenske, a fotodiode omogućuju proizvodnju električne energije uz minimalno zagađenje okoliša. Iako je upotreba raznolika, princip je isti i temelji se na p-n spoju poluvodiča. Pridruži li se p-n spoju još jedan sloj poluvodiča, nastat će p-n-p ili n-p-n spoj koji su osnove tranzistora

Synthesis and characterization od Sm3+, Eu3+, Ni2+ and Cu2+ doped titanium (IV) oxide nanoparticles

Predmet istraživanja ove doktorske disertacije obuhvata sintezu nanočestica TiO2 različitih oblika i veličina dopiranih jonima retkih zemalja (Eu3+ i Sm3+) i prelaznih metala (Ni2+ i Cu2+) novom metodom, kao i njihovu strukturnu, optičku i magnetnu karakterizaciju.Nanočestice TiO2 dopirane jonima Sm3+, Eu3+, Ni2+ i Cu2+ su sintetisane hidrotermalnom metodom uz upotrebu disperzije nanotuba Ti(IV) oksida u prisustvu jona dopanta kao prekursora. Primenjujući hidrotermalnu transformaciju nanotuba u prisustvu jona dopanta za sintezu dopiranih nanočestica TiO2 izbegavaju se problemi vezani za proces kristalizacije i tzv. samočišćenja dopiranih nanočestica koji se, poznato je, javljaju upotrebom molekulskih prekursora u sintezi, čime se utiče na efikasnost čitavog procesa. Generalno, sinteza dopiranih nanočestica TiO2 koje predstavljaju predmet istraživanja ove doktorske disertacije se odvijala u dva koraka. Naime, prvi korak predstavljala je sinteza prekursorskih nanotuba Ti(IV) oksida hidrotermalnim tretmanom disperzije komercijalnog praha TiO2. Praćen je uticaj promene uslova u kojima se odvija hidrotermalni postupak, kao i postsintetskog tretmana, na oblik, veličinu i kristalnu strukturu rezultujućih nanotuba. Drugi korak u postupku sinteze predstavljala je hidrotermalna transformacija sintetisanih nanotuba u prisustvu jona dopanta, u krajnji produkt tj. dopirane nanočestice TiO2. Primena ove metode omogućava sintezu nanočestica različitih veličina i oblika jednostavnom optimizacijom početnih uslova sinteze (promenom početne koncentracije nanotuba Ti(IV) oksida, pH vrednosti sredine, vremena trajanja hidrotermalnog tretmana i temperature).Rad se tematski može podeliti u dve celine:1. Sinteza i karakterizacija nanočestica TiO2 dopiranih jonima retkih zemalja (Eu3+ i Sm3+); Sinteza i karakterizacija nanočestica TiO2 dopiranih jonima prelaznih metala (Ni2+ i Cu2+)...The subject of this PhD thesis is the synthesis of rare earth (Eu3+ and Sm3+) and transition metal (Ni2+ and Cu2+) ions doped TiO2 nanoparticles of different shapes and sizes by a novel method and their structural, optical and magnetic characterization.Sm3+, Eu3+, Ni2+ and Cu2+ doped TiO2 nanoparticles were synthesized by hydrothermal method using dispersions of titania nanotubes in the presence of dopant ions, as precursors. Using hydrothermal transformation of nanotubes in the presence of dopant ions, the problems related to the nucleation stage and consequently self-purification of doped nanocrystals, that occur when molecular precursors used, could be avoided. Synthesis of doped TiO2 nanoparticles that are subject of this PhD thesis included a two-step procedure. Namely, the first step is the synthesis of precursor titania nanotubes by hydrothermal treatment of dispersion of commercial TiO2 powder. The effects of changes of the hydrothermal synthesis conditions on the shape, size and crystal structure of resulting nanotubes were investigated. The second step in the synthetic procedure is hydrothermal transformation of as synthesized nanotubes in the presence of dopant ions into the final product, i.e. doped TiO2 nanoparticles. The use of such synthetic procedure enables the formation of doped nanoparticles of different sizes and shapes, simply by optimization of the initial synthetic conditions (changes in concentration of nanotubes in dispersion, or pH value of dispersion, or duration of hydrothermal treatment and temperature).Subject of this work can be divided into two main units:1. Synthesis and characterization of rare earth ions (Eu3+ and Sm3+) doped TiO2 nanoparticles;2. Synthesis and characterization of transition metal ions (Ni2+ and Cu2+) doped TiO2 nanoparticles..

Magnetic properties of the selected nanoparticles and their influence on superconductivity of magnesium diboride

Istraživali smo magnetska svojstva odabranih nanočestica (nanočestica nikal-kobaltbor slitine, NiCoB, neoklopljenih i oklopljenih u SiO2 omotač, i nanočestica nikla, Ni, oklopljenih ugljikom) te elektromagnetska svojstva žica supravodiča magnezij diborida, MgB2, nedopiranog i dopiranog istim nanočesticama. Neoklopljene i oklopljene NiCoB nanočestice amorfne su strukture i veličine 15 − 20 nm. Na niskim temperaturama vrijeme relaksacije magnetizacije NiCoB čestica dulje je od vremena mjerenja magnetizacije te se njihovo magnetsko ponašanje može opisati modelom jednodomenskih čestica kod kojih magnetski moment čestice mijenja smjer termičkom aktivacijom preko barijere anizotropije. Superparamagnetsko ponašanje na sobnoj temperaturi, relativno velika magnetizacija na niskoj temperaturi i u visokom polju te relativno malo koercitivno polje promatranih čestica (NiCoB i Ni) pogodni su za magnetsko zapinjanje magnetskih vrtloga u supravodiču. Elektromagnetska svojstva MgB2 dopiranog magnetskim česticama rezultat su natjecanja negativnog utjecaja magnetskih primjesa u supravodiču i poboljšanja zapinjanja vrtloga koje se ostvaruje dopiranjem nanočesticama. Iako je temperatura prijelaza, Tc, niža u dopiranim uzorcima, na niskim temperaturama i visokim poljima dopirani uzorci imaju veće vrijednosti gustoće kritične struje, Jc. U području malih polja ireverzibilno polje, Birr, uzoraka dopiranih Ni česticama povećano je u odnosu na čisti MgB2 što se može povezati s poboljšanjem zapinjanja vrtloga do kojeg dolazi zbog privlačnog magnetskog medudjelovanja čestica i vrtloga u supravodiču.We have investigated magnetic properties of the selected nanoparticles (nanoparticles of the nickel-cobalt-boron, NiCoB, alloy, uncoated and coated with SiO2 and nanoparticles of nickel, Ni, coated with carbon) and electromagnetic properties of the superconducting magnesium diboride, MgB2, wires, undoped and doped with these nanoparticles. Uncoated and coated NiCoB nanoparticles are in an amorphous state and size of the particles is 15 − 20 nm. Relaxation time of magnetization of the NiCoB particles is longer than time of the measurement of magnetization at low temperature. The magnetic behaviour of the particles is described within the model of singledomain particles with thermal activation of the magnetic moment of the particle over the anisotropy barrier. Superparamagnetic behaviour of the particles at room temperature, relatively high magnetization at low temperature and in high field, as well as relatively small coercive field of the selected particles (NiCoB i Ni) are favourable for magnetic pinning of the magnetic vortices in superconductor. Electromagnetic properties of the MgB2 doped with magnetic particles are the result of the competition of the negative influence of the magnetic particles inside superconductor and enhancement of the flux pinning, which is achieved by nanoparticle doping. Although transition temperature, Tc, is lower in doped samples, higher values of the critical current density, Jc, are achieved in doped samples at low temperatures and high filed region. At low field region, the irreversibility field, Birr of the samples doped with Ni nanoparticles is enhanced with respect to undoped sample, which can be related to the flux pinning enhancement via attractive magnetic interaction between particles and vortices in superconductor

Transport and magnetic properties of PANI-HCl organic conductor

Proučavan je utjecaj stupnja dopiranja i nereda na temperaturno ovisna električna transportna te statička magnetska svojstva hidrokloriranog polianilina (PANI-HCl). Promatrani PANI-HCl sintetiziran je u vlastitom laboratoriju pomoću reakcije oksidacijske polimerizacije. Uzorci su istraživani nizom različitih eksperimentalnih metoda. Električna transportna mjerenja su pokazala da se ovisno o stupnju dopiranja električna vodljivost, a time i provodnost na sobnoj temperaturi promjeni preko deset redova veličine. Također je pronadeno da temperaturna ovisnost električne provodnosti σ (T) slijedi oblik ln σ α −(T0/T)α , gdje parametar α poprima vrijednosti 1, 1/4, 2/5 i 1/2, ovisno o vrsti uzorka (odnosno, stupnju dopiranja i količini nereda) te temperaturi (T). Za sve uzorke eksperimentalno određena σ (T) daje vrlo visok stupanj slaganja s Fogler-Teber-Shklovskii(FTS) modelom transporta naboja preskocima promjenjivog dosega. Dobro slaganje s FTS modelom transporta sugerira da u elektronskom podsistemu postoji nezasjenjena Coulombova interakcija koja snažno utječe na niskotemperaturnu σ (T). Niskotemperaturna σ (T) pokazuje vrijednosti α = 1/2 i 2/5 što je posljedica pojave mekog Coulombovog procjepa. Na višim temperaturama α prelazi u 1/4, odnosno 1 zbog toga što termalna energija nadvlada efekte Coulombove interakcije. Magnetska mjerenja su pokazala da se temperaturna ovisnost magnetske susceptibilnosti može opisati kao suma Curievog i Paulijevog tipa susceptibilnosti. Također je pronadeno da na T na kojima se mijenja vrijednost parametra α dolazi do promjena u magnetskoj susceptibilnosti uzoraka, što upućuje na povezanost nosioca naboja i spina u promatranim uzorcima PANI-HCl. Pomoću nuklearne spektroskopske metode raspršenja protona određen je stupanj dopiranja uzoraka. Rentgenskom difrakcijom dobiven je uvid u morfologiju uzoraka i kako se ona mijenja s promjenom stupnja dopiranja.We investigated the influence of the doping level (Y = [Cl]/[N]) on the electrical transport and static magnetic properties of the conducting polymer polyaniline (PANI). PANI was synthesized by an oxidative polymerization, and doped with hydrochloric acid (HCl). The investigated samples differ by the level of doping (from the fully doped (Y = 0.5) to the undoped one (Y = 0)), and were produced by pressing the PANI-HCl powder into pellets. The transport measurements show that the electrical conductivity follows the relation ln σ (T) α −(T0/T)α , for all samples. The exponent changes its value depending on Y and temperature (T). More precisely, α = 1/2 for the samples with Y 0.3, at low T. At high T the exponent α changes to 1/4 for the samples with Y < 0.4, and to ∼ 1 for all other samples. One of the samples (the most conductive one) also shows a transition α = 2/5 → 1/4 → 1, with increasing of T. All obtained values of α and the temperature induced transitions between them can be well described by the Fogler, Teber and Shklovskii variable-range-hopping model (FTS-VRH). According to the FTS-VRH model the low-T conductivity is governed by the Coulomb interaction which opens a ”soft” Coulomb gap at the Fermi energy, therefore, α = 2/5 and 1/2. At the high T the influence of the Coulomb gap is weakened due to the increase in temperature, and α goes to 1/4 and 1. Exponent α = 1 indicates transition from the VRH to the nearest- neighbour hopping. Static magnetic measurements give that the magnetic susceptibility Χ (T) can be described as the sum of the Curie-like and the Pauli-like susceptibility. Furthermore, a correspondence between σ (T) and Χ (T) was found. Namely, the parameters of (T) and Χ(T) change values around the same temperatures, which indicates the connection between the charge and spin carriers. The samples were also subjected to the elemental analysis and the X-ray diffraction

Triboluminescence

Triboluminescencija je optička pojava u kojoj je je svjetlost emitirana prilikom lomljenja, grebanja, drobljenja ili trljanja neke triboluminescentne tvari. Prva pisana zabilješka triboluminescencije pripisana je Engleskom znanstveniku Francisu Baconu 1605. godine. Iako poznata stoljećima, ova pojava do danas ostaje uglavnom nerazjašnjena uz razna nagađanja. Triboluminescencija se karakterizira na više načina; metodom drobljenja, metodom padajuće kugle i sličnim varijacijama. Najpoznatiji, s najvećim triboluminescentnim prinosom svjetlosti i danas najistraživaniji triboluminescentni spoj je trietilamonijev tetrakis(dibenzoilmeta-nato)europat(III) (EuD4TEA), otkriven 1966. godine. Hurt i suradnici kompleks su originalno sintetizirali u apsolutnom etanolu koristeći europijev(III) klorid kao polazni spoj, te karakterizirali triboluminescenciju koristeći monokromator i fotomultiplikatorsku cijev. Sweeting i Rheingold su 1987. godine odredili kristalnu strukturu kompleksa i pronašli dvije forme. Fontenot i suradnici 2011. godine razvili su novu sintezu kompleksa koristeći europijev(III) nitrat heksahidrat kao polazni spoj, a dobiveni EuD4TEA daje znatno veći triboluminescentni prinos svjetlosti. Nadalje, istražili su utjecaj otapala i veličine kristala na triboluminescentna svojstva EuD4TEA te su izmjerili triboluminescentni prinos nakon dopiranja kompleksa organskim spojevima i samarijem. Uz to pripremili su i preostale trietilamonijeve tetrakis(dibenzoilmetanato)lantanide(III) te karakterizirali njihova tribo-luminescentna svojstva. Teorijska pozadina nije potpuno razjašnjena iako je ponuđeno nekoliko objašnjenja. Primjerice, triboluminescencija organskih spojeva koji nisu fluorescentni pojavljuje se kao UV-Vis emisija molekule dušika, karakteristična za električno pražnjenje u zraku koje je uzrokovano asimetričnom raspodjelom naboja nakon loma necentrosimetričnog kristala. Međutim, pronađeno je da necentrosimetričnost kristala nije ni dovoljan ni nužan uvjet za triboluminescenciju, zbog čega to objašnjenje nije dostatno

Synthesis, characterization and application of undoped and doped nanostructured photocatalysts based on titanium(IV) oxide

Titan(IV)-oksid (TiO2) je zbog svoje fotokatalitičke aktivnosti, hemijske i biološke inertnosti, otpornosti na fotoindukovanu i hemijsku koroziju, netoksičnosti i relativno niske cene, jedan od najčešće proučavanih poluprovodničkih materijala za primenu u dekontaminaciji životne sredine, samo-čišćenju, uklanjanju mirisa, sterilizaciji i obnovljivim izvorima energije. Zbog široke zabranjene zone i velike brzine rekombinacije fotogenerisanih parova elektron-šupljina, efikasnost fotokatalizatora na bazi TiO2 je i dalje mala za potencijalnu praktičnu primenu. U poslednje četiri decenije veliki napor je uložen u istraživanja vezana za poboljšanje fotokatalitičke efikasnosti TiO2 i njegovu moguću praktičnu primenu. Generalno, fotokatalitička efikasnost TiO2 se može povećati: (1) smanjenjem energije zabranjene zone dopiranjem i/ili proširenjem apsorpcije (u vidljivu oblast) upotrebom fotosenzitizera, (2) poboljšanjem razdvajanja (smanjenjem brzine rekombinacije) fotogenerisanih nosilaca naelektrisanja (elektron/šupljina) i (3) povećanjem specifične površine i kvaliteta aktivnih mesta (za adsorpciju polutanata koje je potrebno fotokatalitički razgraditi). Cilj ove doktorske disertacije je proučavanje procesa formiranja nedopiranih i dopiranih nanostrukturnih prahova i tankih filmova titan(IV)-oksida znatno poboljšane fotokatalitičke efikasnosti. Da bi se postigla visoka fotokatalitička aktivnost u vidljivoj oblasti, neophodno je generisati aktivne apsorpcione centre za vidljivu svetlost. Pokazalo se da dopiranje anjonima nemetala predstavlja veliki potencijal u indukovanju takve apsorpcije i dosta napora se ulaže u razvijanje metoda za sintezu anjon-dopiranih TiO2 fotokatalizatora sa visokom aktivnošću u vidljivom delu spektra. Prema tome, u ovoj doktorskoj disertaciji prvo je predstavljeno dobijanje TiO2 filmova pulsnom laserskom depozicijom na staklenim supstratima u atmosferi kiseonika, metana, azota i mešavini kiseonika i azota. Inkorporacija azota u rešetku TiO2 je uspešno ostvarena, što je i pokazano merenjem optičke apsorpcije i fotoelektronske spektroskopije X-zracima (XPS). Apsorpciona ivica N-dopiranih TiO2 filmova pokazuje crveni pomeraj do ~480 nm u odnosu na 360 nm u slučaju nedopiranih filmova. Fotokatalitička aktivnost TiO2 filmova ispitivana je u reakciji fotoredukcije toksičnih Cr(VI) u Cr(III) jone u vodenoj sredini uz ozračivanje vidljivom i UV svetlošću. Najveću fotokatalitičku aktivnost u prisustvu vidljive svetlosti pokazuju TiO2 filmovi deponovani u atmosferi azota, dok su u prisustvu UV svetlosti najbolji rezultati dobijeni za TiO2 filmove deponovane u atmosferi čistog metana i kiseonika...Titania (TiO2) due to its photocatalytic activity, chemical and biological inertness, resistance to chemical- and photo-corrosion, non-toxicity, and relatively low cost, is one of the most studied semiconductors for environmental protection, selfcleaning, deodorizing, sterilizing and renewable energy sources. Owing to its wide band gap and high speed of electron/hole recombination, the efficiency of photocatalysts based on TiO2 is however small for potential practical applications. In the last four decades, much effort has been invested in research related to improving the photocatalytic efficiency of TiO2 and its possible practical applications. Generally, the photocatalytic efficiency of TiO2 can be increased by: (1) reducing the band gap energy by doping and/or enlargement of its absorption in the visible region using photosensitizes, (2) improving the separation (reducing the recombination rate) of photogenerated charge carriers (electron/hole) and (3) increasing the specific surface area and the quality of the active sites (for adsorption of pollutants to be photocatalytically degraded). The aim of this doctoral dissertation was the study of the process of the formation of undoped and doped nanostructured powders and thin films of titanium(IV) oxide with significantly enhanced photocatalytic efficiency. To this end, in order to obtain high photocatalytic activity in the visible light region, it was therefore mandatory to generate active visible light absorption centers. Anion doping proved itself to process great potential in inducing such absorption, and intensive efforts have been directed towards the development of methods for synthesizing anion-doped titania-based photocatalysts with a large visible light response. Therefore, in this doctoral thesis, first pulsed laser deposition of TiO2 films on glass substrates under oxygen, methane, nitrogen and mixture of oxygen and nitrogen atmospheres is presented. Nitrogen incorporation into the TiO2 lattice was successfully achieved, as demonstrated by optical absorption and XPS measurements. The absorption edge of the N-doped TiO2 films was red-shifted by ≈480 nm from the undoped value of 360 nm. The photocatalytic activity of TiO2 films was investigated during toxic Cr(VI) ions photoreduction to the Cr(III) state in aqueous media under irradiation with visible and UV light. Under visible light irradiation, the TiO2 films deposited under a nitrogen atmosphere showed the highest photocatalytic activity, whereas on UV light exposure, the best results were obtained for the TiO2 structures deposited under a pure methane or oxygen atmosphere..

Magnetic and charge order in cuprate superconductors

Glavna tema rada je magnetski odziv itinerantnih fermiona u nekoliko modela vodljivih ravnina u kupratnim visokotemperaturnim supravodičima. Poseban naglasak stavljamo na razlike u spektrima ispod i iznad temperature otvaranja pseudoprocjepa. Na početku predstavljamo kuprate i njihov poprilično složen fazni dijagram. U fazi sa pseudoprocjepom, koja se javlja ispod karakteristične temperature T*, samo dio Fermijeve plohe je u procjepu, a u njoj se pronalazi i mnoštvo različitih magnetskih i nabojnih uređenja. Postoje dvije osnovne vrste magnetskih spektara u kupratima: prvi koji nalikuje pješčanom satu, s dvije grane sa suprotnim disperzijama, i drugi sa samo jednom granom na visokim frekvencijama, karakterističan za živin kuprat Hg1201. Eksperimenti upućuju na moguće magnetsko porijeklo pseudoprocjepa, pa pretpostavljamo da on nastaje kondenzacijom neke vrste magnetskih fluktuacija s plauzibilnom disperzijom koja odgovara gornjoj grani opaženoj u eksperimentima. Takav dinamički otvoreni pseudoprocjep parametriziramo konstantnim statičkim procjepom na valnom vektoru q = QAF. Eksplicitna k-ovisnost procjepa nije potrebna za reprodukciju eksperimentalnih ARPES spektara, no gušenje procesa raspršenja elektrona na magnonima mora rasti s temperaturom. Pokazujemo kako modeli bez međudjelovanja predviđaju i nekomenzurabilne magnetske faze, u suprotnosti s eksperimentima neutronskog raspršenja u kojima su opaženi signali samo na komenzurabilnom vektoru QAF na temperaturama blizu T*. Uvođenje korelacija, uzrokovanih jakim kulonskim odbijanjem na bakrovim orbitalama, razrješava ovu nekonzistentnost i predviđa isključivo komenzurabilno AF uređenje na visokim temperaturama. Procjep oko vH točaka bilo kojeg porijekla, otvoren na QAF ispod T* dovodi do stvaranja potrebnog procjepa u magnetskom spektru. Gornju granu pobuđenja, točno iznad tog procjepa, stoga pripisujemo čestično-šupljinskim pobuđenjima, a ne nekom kolektivnom modu, što je uobičajeno u literaturi. Pokušaj interpretacije faze s pseudoprocjepom kao pravog AF prijelaza, rješavanjem Dysonove jednadžbe, kvari ove rezultate i udaljava ih od eksperimentalnog režima. Ovo je sukladno pretpostavci da pseudoprocjep nije fazni prijelaz, već postupni prijelaz. Isti procjep predviđa i korektnu vrijednost valnog vektora nabojnih uređenja, koja je viša od one u modelima bez međudjelovanja. Pitanje nabojnog uređenja koje se u nekim kupratima poput Bi2201 javlja blizu T* ostaje otvoreno.The main focus of the thesis are magnetic responses of itinerant fermions in several models relevant for the CuO2 plane in cuprate superconductors. In particular, we study the changes in magnetic spectra on passing through the pseudogap phase. First we introduce the cuprate superconductors and their rather complicated phase diagram. The pseudogap phase, appearing below a characteristic temperature T*, features a partially gapped Fermi surface and the coexistence of several fluctuating spin and charge density waves. Magnetic spectra can be divided into two groups: one shaped like the hourglass, with two branches, and the other with only one, high energy branch (in the mercury cuprate Hg1201). As suggested by experiments, this phase is most likely magnetic, so we assume it is brought on by a condensation of some magnetic mode with a plausible dispersion conforming with the upper branch of the magnetic excitations. The dynamically opened pseudogap is parametrised as a static gap at q = QAF and no explicit k-dependence is required to describe the gap shape measured in ARPES. The damping rate of this electron-magnon scattering, used here as a parameter, is required to increase with temperature. Non-interacting metallic models are shown to predict incommensurate phases, in sharp contrast with neutron scattering experiments which observe only commensurate signals at QAF at very high temperatures, close to T*. Introducing strong correlations, caused by a strong Coulomb repulsion on the copper orbitals, resolves this inconsistency and recovers the tendency towards commensurate AF order at high temperatures. A gap of any origin, opening around the antinodal parts of the Fermi surface below T* around QAF opens a spin gap in the magnetic spectrum. The part of the upper branch of magnetic excitations, just above the gap, is therefore identified as interband particle-hole excitations, rather than the usual collective modes of some ordered state. Attempts to interpret the low-temperature response as a real phase transition, by solving the Dyson equation for an AF state, result in magnetic spectra differing greatly from the experimental ones. This is consistent with the assumption that the pseudogap phase boundary is a crossover rather than real phase transition. The same constant gap function reproduces the correct wave vector for the low-temperature charge density wave order, which is higher than the antinodal nesting of the non-ineracting models. The bismuth cuprate Bi2201 may, however, feature a CDW gap opening at the antinode already at T*, therefore leaving open the question of the correct nesting vector for this class of cuprates

The influence of silver, copper and zinc ions on the properties of bioceramic materials based on calcium phosphate

Kalcijum-fosfati čine neorganski deo kostiju i zuba sisara. Ova dobro poznata činjenica je ohrabrila istraživače da tokom prethodnih godina primene sintetisani kalcijum-hidroksiapatit (HAp, Ca10(PO4)6(OH)2) i kalcijum-fosfat (TCP, Ca3(PO4)2), α- i β-TCP faze, kao implantne materijale. Njihova sličnost sa neorganskim delom kostiju je potvrđena, a posebno je istaknuta njihova biokompatibilnost i osteokonduktivnost i dodatno bioaktivnost HAp-a i bioresorpcija TCP-a. Dvofazne forme (BCP): HAp/β-TCP i HAp/α-TCP, kao i trifazna forma HAp/β-TCP/α-TCP, pokazale su se kao bolji biomaterijali nego pojedinačne faze i posebno su interesantne za dalja istraživanja. U cilju dobijanja biomaterijala sa antimikrobnim efektom, prahovi HAp-a dopirani jonima Ag+, Cu2+ ili Zn2+ su sintetisani hidrotermalnom metodom pri čemu je odnos Ca/P iznosio 1,67. U sintezama molski udeo dopanata iznosio je 0,2, odnosno 0,4 mol% sa ciljem da se dobiju prahovi sa dobrom antimikrobnom aktivnošću uz očuvanje biokompatibilnosti. Dopirani prahovi HAp-a su kalcinisani na 1200 °C tokom 2 h sa namerom da se ispita uticaj dopiranja na stvaranje dvofaznih prahova HAp/α-TCP, kao i antimikrobna aktivnost i biokompatibilnost tako dobijenih prahova. Za analizu svih prahova, nedopiranih i dopiranih HAp i HAp/α-TCP, korišćeni su visokorezolucioni skenirajući elektronski mikroskop (FESEM), rendgenska difrakcija (XRD), infracrvena spektroskopija sa Furijeovom transformacijom (FTIR), atomska apsorpciona spektroskopija (AAS) i energetska disperziona spektroskopija (EDS). Termička analiza sintetisanih prahova je sprovedena u cilju određivanja faznih transformacija tokom zagrevanja do 1200 °C. Antibakterijska aktivnost prahova ispitana je u in vitro uslovima u odnosu na mikroorganizme: Staphylococcus aureus (S. aureus), Escherichia coli (E. coli), Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa) i Candida albicans (C. albicans). Svi prahovi su pokazali dobru antimikrobnu aktivnost, s tim da su prahovi dopiranih HAp/α-TCP dali malo bolje rezultate u odnosu na sve patogene mikroorganizme nego dopirani HAp prahovi. In vitro testovi biokompatibilnosti, kolorimetrijski test sa tetrazolijum solima (MTT) i test odbacivanja boje (DET), su korišćeni da bi se procenila biokompatibilnost dopiranih HAp/α-TCP prahova sa MRC-5 humanim fibroblastnim ćelijama. Ovi testovi su potvrdili da dati prahovi nemaju citotoksični efekat. Posebno dobru biokompatibilnost su pokazali prahovi HAp/α-TCP dopirani nižim udelom jona Ag+, Cu2+ i Zn2+. Na osnovu testova antimikrobne aktivnosti i biokompatibilnosti zaključeno je da su dopirani HAp/α-TCP prahovi obećavajući materijal za korišćenje u rekonstruktivnoj hirurgiji kostiju...Calcium phosphates constitute the inorganic part of bones and teeth of mammals. This fact is well known and has encouraged researchers to apply hydroxyapatite (HAp, Ca10(PO4)6(OH)2) and tricalcium phosphate (TCP, Ca3(PO4)2), both α- and β-TCP, over the past years as implant materials. Their similarity to the inorganic part of hard tissues has been confirmed, highlighting their biocompatibility and osteoconductivity and, in addition, the bioactivity of HAp and the bioresorbability of TCP. The biphasic forms (BCP): HAp/β-TCP and HAp/α-TCP and the triphasic form HAp/β-TCP/α-TCP, which were proved to be even better biomaterial than single phases, are of particular interest. Hydroxyapatite (HAp) powders doped with Ag+, Cu2+ or Zn2+ were synthesized by a hydrothermal method, at a Ca/P ratio of 1.67, in order to obtain biomaterial with an antimicrobial effect. The synthesis was performed with two contents of dopant (0.2 or 0.4 mol %) by considering both the antimicrobial activities and biocompatibility of the powders. The doped HAp was annealed at 1200 °C for 2 h with the intention of investigating the influence of doping on the creation of biphasic HAp/α-TCP and determining the antimicrobial activity and biocompatibility of the obtained biphasic powders. Analyses of all powders, undoped and doped HAp and HAp/α-TCP, were performed by Field emission scanning electron microscopy (FESEM), X-Ray diffraction (XRD), Atomic absorption spectroscopy (AAS) and Energy-dispersive X-Ray spectroscopy (EDS). Thermal analysis of the synthesized powders was performed to evaluate the phase transformations during heating up to 1200 °C. The in vitro antibacterial activities of the powders were evaluated against the pathogenic microorganisms: Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa and Candida albicans. All powders showed good antimicrobial activity but generally the powders of doped HAp/α-TCP demonstrated better results against all pathogenic microorganisms than the powders of doped HAp. In vitro biocompatibility tests, MTT and DET, were used to evaluate the biocompatibility of doped HAp/α-TCP with MRC-5 human fibroblast cells. These tests confirmed that the powders did not have a cytotoxic effect. The HAp/α-TCP powders doped with the lower content of Ag+, Cu2+ and Zn2+ ions showed especially good biocompatibility. The antimicrobial and biocompatibility tests recommend the doped HAp/α-TCP as promising material for use in reconstructive surgery of bones..

Sinteza i karakterizacija nanostrukturnih fotokatalizatora na bazi azotom i sumporom dopiranog titan(IV)-oksida za razgradnju zagađujućih supstanci u vodi pod dejstvom vidljive svetlosti

A nonmetal-doped titania has attracted considerable attention in recent years due to its photocatalytic activity in the visible part of the solar spectrum, which is beneficial with regards to pure TiO2. Among the explored nonmetal dopants, nitrogen and sulfur have been shown to be the most promising for the enhancement of photocatalytic activity of TiO2 under visible light. These nonmetals can be introduced to the TiO2 lattice by employing various precursors and preparation methods...Dopiranjem titan(IV)-oksida nemetalima omogućuje se fotokatalitiĉka aktivnost pod dejstvom vidljive svetlosti, što predstavlja veliku prednost dopiranog u odnosu na ĉist TiO2. Najznaĉajniji nemetalni dopanti su azot i sumpor, koji se mogu inkorporirati u strukturu TiO2 primenom razliĉitih prekursora i postupaka sinteze..

Triboluminescence

Triboluminescencija je optička pojava u kojoj je je svjetlost emitirana prilikom lomljenja, grebanja, drobljenja ili trljanja neke triboluminescentne tvari. Prva pisana zabilješka triboluminescencije pripisana je Engleskom znanstveniku Francisu Baconu 1605. godine. Iako poznata stoljećima, ova pojava do danas ostaje uglavnom nerazjašnjena uz razna nagađanja. Triboluminescencija se karakterizira na više načina; metodom drobljenja, metodom padajuće kugle i sličnim varijacijama. Najpoznatiji, s najvećim triboluminescentnim prinosom svjetlosti i danas najistraživaniji triboluminescentni spoj je trietilamonijev tetrakis(dibenzoilmeta-nato)europat(III) (EuD4TEA), otkriven 1966. godine. Hurt i suradnici kompleks su originalno sintetizirali u apsolutnom etanolu koristeći europijev(III) klorid kao polazni spoj, te karakterizirali triboluminescenciju koristeći monokromator i fotomultiplikatorsku cijev. Sweeting i Rheingold su 1987. godine odredili kristalnu strukturu kompleksa i pronašli dvije forme. Fontenot i suradnici 2011. godine razvili su novu sintezu kompleksa koristeći europijev(III) nitrat heksahidrat kao polazni spoj, a dobiveni EuD4TEA daje znatno veći triboluminescentni prinos svjetlosti. Nadalje, istražili su utjecaj otapala i veličine kristala na triboluminescentna svojstva EuD4TEA te su izmjerili triboluminescentni prinos nakon dopiranja kompleksa organskim spojevima i samarijem. Uz to pripremili su i preostale trietilamonijeve tetrakis(dibenzoilmetanato)lantanide(III) te karakterizirali njihova tribo-luminescentna svojstva. Teorijska pozadina nije potpuno razjašnjena iako je ponuđeno nekoliko objašnjenja. Primjerice, triboluminescencija organskih spojeva koji nisu fluorescentni pojavljuje se kao UV-Vis emisija molekule dušika, karakteristična za električno pražnjenje u zraku koje je uzrokovano asimetričnom raspodjelom naboja nakon loma necentrosimetričnog kristala. Međutim, pronađeno je da necentrosimetričnost kristala nije ni dovoljan ni nužan uvjet za triboluminescenciju, zbog čega to objašnjenje nije dostatno