Oznaka poročila: ARRS-RPROJ-ZP-2010-1/2 ZAKLJUČNO POROČILO O REZULTATIH RAZISKOVALNEGA PROJEKTA A. PODATKI O RAZISKOVALNEM PROJEKTU 1. Osnovni podatki o raziskovalnem projektu Šifra projekta J2-9198 Naslov projekta Vpliv elektronske strukture materialov na magnetno kalorični pojav Vodja projekta 15654 Matej Komelj Tip projekta J Temeljni projekt Obseg raziskovalnih ur 4.050 Cenovni razred A Trajanje projekta 01.2007 - 12.2009 Nosilna raziskovalna organizacija 106 Institut "Jožef Stefan" Raziskovalne organizacije - soizvajalke Družbeno- ekonomski cilj 13. Splošni napredek znanja - RiR financiran iz drugih virov (ne iz splošnih univerzitetnih fondov - SUF) 2. Sofinancerji1 1. Naziv Naslov 2. Naziv Naslov 3. Naziv Naslov B. REZULTATI IN DOSEŽKI RAZISKOVALNEGA PROJEKTA 3. Poročilo o realizaciji programa raziskovalnega projekta2 Dejavnosti v okviru raziskovalnega projekta se bile pretežno usmerjene v teoretično raziskavo magnetno-kaloričnih materialov, ki so predmet eksperimentalnih aktivnosti na Odseku za nanostrukturne materiale ter nekaterih drugih raziskovalnih enotah Instituta Jožef Stefan. Pri tem je šlo v glavnem za različne kompleksne kovinske zlitine (npr. dekagonalne aproksimante kvazikristalov), magnetne nanostrukture (npr. monatomske nanožice) ter kovinske okside (CoCr2O4, MnCr2O4). Magnetno kalorični material, primeren za uporabo, odlikujejo predvsem čim večja magnetizacija oz. magnetni momenti ter temperatura faznega prehoda v delovnem območju, ki se v večini primerova nahaja v bližini sobne temperature. Pojav opisujeta adiabatna sprememba temperature in izotermna sprememba entropije zaradi spremembe zunanjega magnetnega polja. Ti dve količini sicer ni mogoče neposredno izračunati ab initio, vseeno pa sledita iz elektronske strukture ustreznega materiala. Ključni korak v proučevanju magnetno kaloričnega pojava je tako predstavljal izračun elektronske strukture ab initio v okviru teorije gostotnih funkcionalov. Neposredno iz elektronske strukture sledijo magnetni momenti in sklopitvene konstante med njimi, iz katerih s pomočjo približka povprečnega polja ali metode Monte Carlo določimo temperaturno odvisnost magnetizacije, temperaturo faznega prehoda, temperaturno odvisnost specifične toplote ter temperaturno odvisnost karakterističnih sprememb temperature in entropije. Teorija gostotnih funkcionalov je primerno orodje za izračun elektronske strukture, magnetnih momentov in sklopitvenih konstant obravnavanih materialov. Obravnavali smo tudi popravke zaradi močnih korelacij med elektroni, (v primeru oksidov) in ugotovili določen vpliv predvsem na magnetne sklopitvene konstante in tako posredno na magnetno kalorični pojav. Pri uporabi približka povprečnega polja oz. metode Monte Carlo za izračun temperaturno odvisnih količin, ki temeljita na opisu magnetne ureditve s pomočjo spinskih modelov (Heisenbergovega modela), smo predpostavili dobro lokalizirane magnetne momente. Čeprav je taka predpostavka vprašljiva za materiale s kovinskim značajem, kjer so nosilci magnetizma elektroni iz podlupine 3d pa se zdi, da je vendarle dovolj dobra vsaj za kvalitativni opis temperaturno odvisnih faznih prehodov. Pri izračunih elektronske strukture, magnetnih momentov in sklopitvenih konstant v okviru teorije gostotnih funkcionalov smo uporabljali eksperimentalne podatke o kristalni strukturi, legi posameznih atomov in mrežnih parametrov, pomagali pa smo si tudi z upoštevanjem simetrijskih lastnosti. V primeru kristalografsko razmeroma enostavnega materiala (Al13Co4) smo upoštevali celo relaksacijo atomskih položajev in optimizirali mrežne parametre ter ugotovili sicer končno, a ne zelo bistveno spremembo rezultatov v primerjavi z nerelaksirano in neoptimizirano strukturo. Osnovna računska metoda je bila metoda lineariziranih ravnih valov (full-potential linearised-augmented-plane-wave (FLAPW) metod). Pri uporabi le-te se osnovna celica razdeli na oble okoli posameznih atomov in vmesni prostor med njimi. Bazne funkcije so zlepljeni ravni valovi, ki jih sestavljajo ravni valovi v vmesnem območju ter linearne kombinacije atomskih valovnih funkcij in njihovih energijskih odvodov znotraj obel okoli posameznih atomov. Na meji med obema območjema so funkcije zvezne in zvezno odvedljive. Pri metodi FLAPW se ne uporablja nobenega približka za obliko potenciala. Znotraj posameznih obel je razvit po Besslovih funkcijah, v vmesnem območju pa po ravnih valovih. Elektroni sredice so obravnavani relativistično. Pri reševanju relativističnih valovnih Kohn-Shamovih enačb, ki opisujejo gibanje posameznih valenčnih elektronov v efektivnem potencialu, se uporablja skalarno-relativistični približek. V tem približku je sklopitev med spinsko in tirno vrtilno količino zanemarjena, kar omogoča ločeno obravnavo obeh spinov. Zanimal nas je tudi prispevek tirne vrtilne količine k magnetnim momentom, zato smo po potrebi upoštevati popravke zaradi sklopitve spin- tir. Pri metodi FLAPW je ta popravek obravnavan kot motnja v okviru t.i. druge variacijske metode pri kateri osnovnima diagonalizacijiama Hamiltoniana za oba spina brez sklopitve spin-tir v bazi lineariziranih ravnih valov sledi še dodatna diagonalizacija Hamiltoniana z dodano sklopitvijo spin- tir v bazi skalarno relativističnih lastnih funkcij nemotenega Hamiltoniana. Tak postopek je bolj učinkovit, saj se izognemo časovno potratni diagonalizaciji Hamiltoniana v bazi lineariziranih ravnih valov za oba spina hkrati. Pričakujemo, da bo imela izbira izmenjalno-korelacijskega potenciala nezanemarljiv vpliv na izračunano elektronsko strukturo, magnetne momente in sklopitvene konstante. Nekatere račune smo zato opravili dvakrat, in sicer z uporabo približka lokalne spinske gostote (local-spin-density approximation LSDA) ter posplošenega gradientnega približka (generalized-gradient approximation, GGA), vedno pa to ni bilo mogoče zaradi časovne potratnosti izračunov. Oba približka temeljita na predpostavki, da so izmenjalno korelacijski vplivi v realnih materialih podobni tistim v homogenem plinu elektronov. Predvsem v oksidih (CoCr2O4, MnCr2O4) vpliv močnih korelacih med elektroni ni zanemarljiv. Upoštevali smo jih z dodatnim Coulombskim odbojem za elektrone iz posameznih podlupin v okviru metode LDA+U. Rezultati so bili seveda v tem primeru odvisni od dodatnih parametrov Hubbardovih U in J. Izbira konvergenčnih parametrov, kot sta zgornja meja energije pri razvoju po ravnih valovih ter število vektorjev iz prve Brillouinove cone za izračun izračun elektronske strukture, magnetnih momentov in sklopitvenih konstant ni kritična. Vseeno smo te parametre določili na osnovi konvergenčnih testov za obravnavane količine. Elektronske strukture smo izračunali za feromagnetna kot tudi nemagnetna stanja obravnavanih materialov. Spinski prispevek k posameznim magnetnim momentov je razlika vsot zasedenih elektronskih stanj za oba spina, tirni prispevek pa se izračuna kot ustrezni matrični element ob upoštevanju sklopitve spin-tir. Za izračun sklopitvenih konstant izmenjalne interakcije med posameznimi magnetnimi mometni smo napravili več izračunov elektronskih struktur za različne magnetne ureditve. Sklopitvene konstante smo določili kot ustrezne linearne kombinacije celotnih energij za posamezne magnetne ureditve, npr. kot razlika celotnih energij za feromagnetno in antiferomagnetno ureditev. Pri optimizaciji kristalne strukture, smo teoretične ravnovesne mrežne parametre izračunali s spreminjanjem eksperimentalnih vrednosti mrežnih parametrov in za vsak nabor izračunali celotno energijo. S prilagajanjem analitičnih izrazov, tipično polinomov drugega ali tretjega reda, smo določili nabor, ki ustreza najmanjši energiji in tako predstavlja teoretično ravnovesno stanje. Metoda FLAPW je sicer zelo natančna, a razmeroma časovno potratna in zato ne najbolj primerna za obravnavo sistemov z velikim številom atomov v osnovni celici (npr. dekagonalni aproksimant Y-AlCoNi). Poleg tega ni učinkovita za določanje ravnovesnih relaksacij posameznih atomov znotraj dane strukture, ki temelji na izračunu medatomski sil. Kot alternativo smo se zato poslužili metode Abinit, ki temelji na uporabi psevdopotencialov. Tudi v tem primeru je osnovna celica razdeljena na oble okoli posameznih atomov in vmesno območje, bazo valovnih funkcij valenčnih elektronov pa predstavljajo ravni valovi. Elektronov sredice se ne obravnava posebaj, interakcijo valenčnih elektronov z njimi pa nadomešča t.i psevdopotencial znotraj posameznih obel. Taka metoda je navadno zelo učinkovita, saj za razvoj valovnih funkcij valenčnih elektronov v vmesnem območju običajno zadošča že razmeroma majhno število ravnih valov. Zelo je pomembna je izbira pseudopotencialov. Uporabili smo tip Troullier-Martins. Metoda je zelo primerna za izračun sil med atomi, zato smo jo uporabili za relaksacijo atomskih položajev s pomočjo metode Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno (BFGS), ki temelji na iskanju ravnovesnega stanja sistema. Vpliv elektronske strukture na količine, od katerih je odvisen magnetno kalorični pojav smo neposredno proučevali s primerjavo med teoretičnimi napovedmi in obstoječimi rezultati magnetnih, električnih in termičnih meritev. Dober test predstavlja nenavadna anizotropija v transportnih koeficientih kompleksnih kovinskih zlitin. Transportni koeficienti, podobno kot izotermna sprememba entropije in adiabatna sprememba temperature ob spremembi zunanjega magnetnega polja, niso izračunljivi ab initio, saj pravtako temperaturno odvisni. Slediji pa neposredno iz elektronske strukture in jih določimo s pomočjo semiklasične Boltzmanove teorije in približka relaksacijskega časa. Predpostavili smo, da je ta izotropen in temperaturno neodvisen. Pri samem izračunu je bilo kritično dovolj gosto vzorčenje po prvi Brillouinovi coni. Število potrebnih recipročnih vektorjev smo določili na osnovi konvergenčnih testov. Izračunana anizotropija v teoretičnih rezultatih se je kvalitativno povsem ujemala z eksperimentalnimi podatki, s čimer smo pokazali, da ustrezne magnetne in termične lastnosti neposredno izvirajo iz elektronske strukture. Sama anizotropija pa je posledica kompleksne oblike fermijeve površine, ki smo jo pravtako izračunali. 4. Ocena stopnje realizacije zastavljenih raziskovalnih ciljev3 Cilj raziskovalnega projekta je bil izračun magnetno-kaloričnih količin s kombinacijo parametrov določenih ab initio in fenomenološkega modeliranja brez uporabe dodatnih parametrov za potencialno tehnološko zanimive materiale. Bistvenega pomena pri tem je bil izračun elektronske strukture in količin, ki sledijo neposredno iz nje v okviru teorije gostotnih funkcionalov. Kot je bilo predvideno v predlogu raziskovalnega projekta smo za osnovno orodje uporabljali metodo lineariziranih ravnih valov v polnem potencialu (FLAPW). Izmenjalno- korelacijski potencial, ki nastopa v efektivnih Kohn-Shamovih enačbah je bil določen v približkih lokalne spinske gostote (LSDA) in posplošenem gradientnem približku (GGA), močne korelacije med elektroni (v primeru oksidov) pa smo obravnavali s pomočjo metod LDA+U (kjer sicer nastopajo dodatni parametri, a so rezultati predstavljeni kot funkcija le teh). Tirne prispevke k magnetnim momentom smo določili z upoštevanjem sklopitve spin-tir, izračunane z drugo variacijsko metodo. Po predvidevanjih je bila metoda FLAPW časovno preveč zahtevna za sisteme z velikim številom atomov (npr. dekagonalni aproksimant Y-AlCoNi), zato smo uporabili psevdopotencialno metodo Abinit z uporabo Troullier-Martinsovih psevdopotencialov. Isto metodo smo uporabili tudi za atomske relaksacije znotraj eksperimentalno določenih kristalnih struktur in ugotovili določen vpliv le teh na izračunane količine. Po zastavljenem programu količine izračunane ab initio (magnetne momente, sklopitvene konstante med njimi in predvsem lastne vrednosti elekronskih stanj v prvi Brillouinovi coni oz. Fermijevi površini) uporabili kot vstopne parametre za fenomenološke modele. Kot je bilo predvideno v predlogu raziskovalnega projekta smo uporabili približek povprečnega polja in metodo Monte Carlo za izračun karakterističnih izotermne spremembe entropije in adiabatne spremembe temperature ob spremembi zunanjega magnetnega polja. Meritve teh količin na obravnavanih materialih v glavnem še niso bile opravljene, zato ustrezni rezultati za primerjavo s teoretičnimi napovedmi niso dostopni. Kot alternativo smo zaradi tega v okviru semiklasične Boltzmanove teorije izračunali temperaturno odvisne transportne koeficiente, ki pravtako združujejo magnetne in termične lastnosti. Skoraj popolno kvalitativno ujemanje z eksperimentalnimi podatki je potrdilo domnevo o ključnem pomenu elektronske strukture na obravnavane količine. 5. Utemeljitev morebitnih sprememb programa raziskovalnega projekta4 6. Najpomembnejši znanstveni rezultati projektne skupine- Znanstveni rezultat 1. Naslov SLO Vzrok za anizotropijo Hallovega koeficienta v periodičnem aproksimantu Y-Al- Ni-Co dekagonalne faze. ANG Origin of the Hall-coefficient anisotropy in the Y-Al-Ni-Co periodic approximant to the decagonal phase Opis SLO S pomočjo elektronske strukture izračunane ab initio smo pokazali na povezavo med anizotropijo fermijeve površine in anizotropijo izmerjenih količin. ANG On the basis of the ab-initio calculated electronic structure we demonstrated the relation between the anisotropy in the fermi surface and the anisotropy 1 in the measured quantities. Objavljeno v KOMELJ, Matej, IVKOV, J., SMONTARA, Ana, GILLE, P., JEGLIČ, Peter, DOLINŠEK, Janez. Origin of the Hall-coefficient anisotropy in the Y-Al-Ni-Co periodic approximant to the decagonal phase. Solid state commun.. [Print ed.], 2009, vol. 149, no. 13/14, str. 515-518. Tipologija 1.01 Izvirni znanstveni članek COBISS.SI-ID 22432039 2. Naslov SLO Anizotropne magnetne in transportne lastnosti ortorombskega Al13Co4 ANG Anisotropic magnetic and transport properties of orthorhombic Al13Co4 Opis SLO Teoretična napoved in primerjava z eksperimentalnimi vrednostmi količin pomembnih za magnetno-kalorični pojav. ANG A theoretical prediction and a comparison with the experimental data of the quantities important for the magneto-caloric effect. Objavljeno v DOLINŠEK, Janez, KOMELJ, Matej, JEGLIČ, Peter, VRTNIK, Stanislav, STANIĆ, Denis, POPČEVIĆ, P., IVKOV, Jovica, SMONTARA, Ana, JAGLIČIĆ, Zvonko, GILLE, Peter, GRIN, Yuri. Anisotropic magnetic and transport properties of orthorhombic Al13Co4. Phys. rev., B, Condens. matter mater. phys., 2009, vol. 79, no. 18, str. 184201-184201-12. Tipologija 1.01 Izvirni znanstveni članek COBISS.SI-ID 22595879 3. Naslov SLO Kompleksna magnetna faza železnih trakov na podlagi Pt(997) ANG Complex magnetic phase in submonolayer Fe stripes on Pt(997) Opis SLO Interpretacija eksperimentalno opaženega nenavadnega magnetnega obnašanja v železovih nanostrukturah. ANG An interpretation of the experimentally observed unusual magnetic behavior. Objavljeno v HONOLKA, J., KOMELJ, Matej. Complex magnetic phase in submonolayer Fe stripes on Pt(997). Phys. rev., B, Condens. matter mater. phys., 2009, vol. 79, no. 10, str. 104430-1-104430-7. Tipologija 1.01 Izvirni znanstveni članek COBISS.SI-ID 22526759 4. Naslov SLO Anizotropne magnetne, električne in termične transportne lastnosti dekagonalnega aproksimanta Y-Al-Ni-Co ANG Anisotropic magnetic, electrical, and thermal transport properties of the Y-Al- Ni-Co decagonal approximant Opis SLO Teoretična napoved in primerjava z eksperimentalnimi vrednostmi količin pomembnih za magnetno-kalorični pojav. ANG A theoretical prediction and a comparison with the experimental data of the quantities important for the magneto-caloric effect. Objavljeno v SMONTARA, Ana, SMILJANIĆ, Igor, IVKOV, J., STANIĆ, Denis, BARIŠIĆ, Osor S., JAGLIČIĆ, Zvonko, GILLE, P., KOMELJ, Matej, JEGLIČ, Peter, BOBNAR, Matej, DOLINŠEK, Janez. Anisotropic magnetic, electrical, and thermal transport properties of the Y-Al-Ni-Co decagonal approximant. Phys. rev., B, Condens. matter mater. phys., 2008, vol. 78, no. 10, str. 104204-1-104204- 13. Tipologija 1.01 Izvirni znanstveni članek COBISS.SI-ID 21987879 5. Naslov SLO Magnetna sklopitev v CoCr2O4 in MnCr2O4 s pomočjo metode LSDA+U ANG Magnetic coupling in CoCr2O4 and MnCr2O]4: an LSDA + U study Opis SLO Izračun magnetne sklopitve, pomembne za magnetno kalorični pojav, z upoštevanjem močnih korelacij med elektroni. ANG Ab-initio calculation of the magnetic coupling, important for the magneto- caloric effect by taking into account strong correlations between the electrons. Objavljeno v EDERER, Claude, KOMELJ, Matej. Magnetic coupling in CoCr2O4 and MnCr2O4: an LSDA + U study. Phys. rev., B, Condens. matter mater. phys., 2007, vol. 76, no. 6, str. 064409-1-064409-9. Tipologija 1.01 Izvirni znanstveni članek 20938535 COBISS.SI-ID 7. Najpomembnejši družbeno-ekonomsko relevantni rezultati projektne skupine6 Družbeno-ekonomsko relevantni rezultat 1. Naslov SLO Transportne lastnosti ab initio? ANG Transport properties ab initio? Opis SLO Pregledno predavanje o izračunih količin pomembnih za magnetno-kalorični pojav ab initio. ANG A review lecture about the ab-initio calculations of the properties important for the magneto-caloric effect. Šifra B.04 Vabljeno predavanje Objavljeno v KOMELJ, Matej. Transportne lastnosti ab initio? : vabljeno predavanje. Univerza v Ljubljani, FMF, Oddelek za fiziko: 07.04.2008, 2008. Tipologija 3.14 Predavanje na tuji univerzi COBISS.SI-ID 21611047 2. Naslov SLO Fizikalne lastnosti ortorombskega Al13Co4 ANG Physical properties of ortorhombic Al13Co4 Opis SLO Predavanje o meritvah podprtih z izračunano elektronsko strukturo magnetnih in temperaturno odvisnih količin. ANG A lecture on measurements supported by calculated electronic structure of magnetic and thermal quantities. Šifra B.03 Referat na mednarodni znanstveni konferenci Objavljeno v VRTNIK, Stanislav, KOMELJ, Matej, SMONTARA, Ana, JAGLIČIĆ, Zvonko, DOLINŠEK, Janez. Physical properties of ortorhombic Al13Co4. V: C-MAC-1, 1st Internatinal Conference on Complex Metallic Alloys and their Complexity, October 4-7, 2009, Nancy, France. Program and abstracts. [S. l.: s. n.], 2009, str. P5. Tipologija 1.12 Objavljeni povzetek znanstvenega prispevka na konferenci COBISS.SI-ID 22998823 3. Naslov SLO Izračun transportnih lastnosti v kompleksnih kovinskih zlitinah ab initio ANG Ab-initio calculation of transport properties in CmAs Opis SLO Predavanje o izračunih količin pomembnih za magnetno kalorični pojav. ANG A lecture about the calculation of the properties important for the magneto- caloric effect. Šifra B.03 Referat na mednarodni znanstveni konferenci Objavljeno v KOMELJ, Matej. Ab-initio calculation of transport properties in CmAs. V: C- MAC-1, 1st Internatinal Conference on Complex Metallic Alloys and their Complexity, October 4-7, 2009, Nancy, France. Program and abstracts. [S. l.: s. n.], 2009. Tipologija 1.12 Objavljeni povzetek znanstvenega prispevka na konferenci COBISS.SI-ID 22998567 4. Naslov SLO Hall effect in crystalline orthorombic O-Al13Co4 approximants to the decagonal quasicrystals. ANG Hallov pojav v ortorombskem kristalnem O-Al13Co4 aproksimantu dekagonalnega kvazikristala Opis SLO Pradavanja o meritvah in teoretični potrditvi Hallovega koeficienta v zlitini potencialno zanimivi za magnetno-kalorični pojav. ANG A lecture on the measurements and theoretical confirmation of the Hall coefficient in an alloy potentially interesting for the magneto-caloric effect. Šifra B.03 Referat na mednarodni znanstveni konferenci IVKOV, Jovica, KOMELJ, Matej, STANIĆ, Denis, POPČEVIĆ, P., GILLE, Peter, JAGLIČIĆ, Zvonko, DOLINŠEK, Janez. Hall effect in crystalline orthorombic Objavljeno v O-Al13Co4 approximants to the decagonal quasicrystals. V: KOVAČ, Janez (ur.), MOZETIČ, Miran (ur.). 16th International Scientific Meeting on Vacuum Science and Technique, Bohinj, 4-5th June 2009. Book of abstracts. Ljubljana: Slovenian Society for Vacuum Technique, 2009, str. 40. Tipologija 1.12 Objavljeni povzetek znanstvenega prispevka na konferenci COBISS.SI-ID 22700839 5. Naslov SLO Magnetna ureditev v vzporednih monatomskih nanožicah ANG Magnetic ordering in parallel monatomic nanowires Opis SLO Predavanje o izračunu magnetne ureditve v nanostrukturnih objektih. ANG A lecture on the ab-inito calculation of the magnetic ordering in nanostructured objects. Šifra B.03 Referat na mednarodni znanstveni konferenci Objavljeno v KOMELJ, Matej, SINGER, R., FAHNLE, Manfred. Magnetic ordering in parallel monatomic nanowires. V: MIHAILOVIĆ, Dragan (ur.), KOBE, Spomenka (ur.), REMŠKAR, Maja (ur.), JAMNIK, Janko (ur.), ČOPIČ, Martin (ur.), DROBNE, Damjana (ur.). Hot nano topics 2008 : incorporating SLONANO 2008, 3 overlapping workshops on current hot subjects in nanoscience, 23-30 May, Portorož, Slovenia : abstract book. Ljubljana: [s. n.], 2008, str. 108. [COBISS.SI-ID 21757479] Tipologija 1.12 Objavljeni povzetek znanstvenega prispevka na konferenci COBISS.SI-ID 21757479 8. Drugi pomembni rezultati projetne skupine7 Vodenje vaj iz Fizike I na Fakulteti za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani. 9. Pomen raziskovalnih rezultatov projektne skupine8 9.1. Pomen za razvoj znanosti9 SLO Raziskave alternativnih načinov hlajenja so pomembne iz ekološkega in ekonomskega vidika, poleg tega pa bogatiji zakladnico znanja na področjih fizike, kemije, vede o materialih, energetike in drugih. Tehnološko zelo obetaven in zanimiv je magnetno-kalorični pojav. Ta tehnologija ne temelji na uporabi zdravju in okolju škodljivih plinov, ne vsebuje zapletenih mehanskih naprav ter je energijsko učinkovito. Temelji na kombinaciji magnetnega in strukturnega faznega prehoda, zato združuje magnetne in termične lastnosti in je iz tega stališča zelo pomembna za razvoj ustreznih znastvenih področij. Ključnega pomena je uporaba učinkovitega materiala, ki ga odlikuje velika adiabatna temperaturna sprememba ob spremembi zunanjega magnetnega polja. Idealnega materiala, ki bi imel tovrstno zadovoljivo lastnost pri sobni temperaturi (oz. delovni temperaturi hladilnika) še ne poznamo, zato je potrebno vložiti vse napore v njegov razvoj. Razvoj novih materialov ali izboljšave že obstoječih načeloma temeljijo bodisi na odkrivanju povsem novih zlitin v smislu kemijske sestave in kristalne zgradbe oz. majnih spremembah le teh, ali pa gre za izboljšavo fazne sestave, morfologije, mikrostrukture, čistosti in podobnih lastnosti, ki niso neposredno povezane z samo elektronsko strukturo in so v veliki meri odvisne od postopka in pogojev priprave. V okviru projekta "Vpliv elektronske strukture materialov na magnetno-kalorični pojav " smo predvsem modelirali lastnosti materialov na katere neposredno vpliva elektronska struktura, ostali dejavniki pa so bili privzeti bolj ali manj idealizirani (enofazna sestava, popolna kemijska in kristalna zgradba itd.) Rezultati so nedvoumno pokazali, da ima obnašanje merljivih makroskopskih količin vsaj delni vzrok v zapleteni elektronski strukturi, kar smo najbolj nazorno pokazali z izračuni kompleksne fermijeve površine in primerjavo z eksperimentalnimi rezultati. V večini primerov smo dosegli popolno kvalitativno ujemanje med teoretičnimi in eksperimentalnimi rezultati, medtem ko so razlogi za določeno kvantitavno neujemanje predvsem neupoštevanje kemičnega nereda, prisotnosti nečistoč, morfologije, mikrostrukture itd. Za prihodnje raziskave na tem področju to pomeni, da se je smiselno osredotociti na iskanje materialov z ustreznimi "intrinzičnimi" lastnostmi ter spreminjanju le teh neposredno preko elektronske strukture npr. s pomočju uvajanja intersticijskih elementov kot so vodik, dušik in morebiti tudi ogljk, ki ohranjajo kristalno zgradbo in morfologijo izhodiščnih zlitin. Zelo obetavne so kompleksne kovinske zlitine s svojimi nenavadnimi lastnostmi, zato bodo prihodnje raziskave lahko potekale v tej smeri. ANG Investigations of alternative ways of cooling are important from the ecological and technological aspects, as well as they contribute new achievements in physics, chemistry, materials science, energetics, and others. Technologically promising and interesting is the magneto-caloric effect. This technology is not based on the application of the health and environment damaging gases, it does not contain complicated mechanical devices, and it is energetically efficient. It combines magnetic and structural phase transitions, hence it is related to magnetic and thermal properties, which makes it important for the development of the corresponding scientific fields. Of the key importance is the application of an efficient material, distinguished by a huge adiabatic temperature difference due to the change in the external magnetic field. An ideal material, which would exhibit a significant effect at the room temperature (or at the desired working temperature of the cooling device), does not exist yet, therefore an effort should be put in its development. A development of any new material or an improvement of existing materials is based either on finding completely new alloys in terms of chemical composition and crystal structure and on slight modifications of them, or it is about improving the phase composition, morphology, microstructure, purity, and other properties that are not directly related to the electronic structure but rather to the processing conditions and techniques. Within the projects: "Influence of the electronic structure of materials on the magneto-caloric effect" we mainly modeled material properties directly influenced by the electronic structure, whereas other aspects were mainly taken as ideal (single-phase composition, perfect chemical and crystal structure etc.). The results definitely demonstrated that some measured macroscopic properties at least to some extent originated from the complicated electronic structure , which most clearly followed from the calculated complex fermi surfaces, and from the comparisons between the theoretical and available experimental results. A complete qualitative agreement between theory and experiment was achieved in most cases, whereas a partial quantitative disagreement could be ascribe to the chemical disorder, the presence of impurities, morphology, microstructur, and other properties which were neglected. The future investigations should be therefore focused on searching for the materials with the appropriate intrinsic properties, and on the small modifications of them via the electronic structure, for example, by introducing light interstitial elements, like hydrogen, nitrogen or even carbon, which all retain the parent crystal structure and morphology. Very promising are the complex-metallic alloys with their unusual properties, therefore the upcoming investigations may be in this direction. 9.2. Pomen za razvoj Slovenije10 SLO_ Rezultati raziskovalnega projekta "Vpliv elektronske strukture materialov na magnetno-kalorični pojav" so za razvoj Slovenije pomembni iz stališča njene prepoznavnosti v raziskovalni srenji, saj se pod ustreznimi znastvenimi objavami in na mednarodnih konferencah pojavljajo imena slovenskih raziskovalnih ustanov in raziskovalcev. Predmet projekta je bil magnetno kalorični pojav, ki je sam po sebi zelo zanimiv iz ekološkega in ekonomskega vidika, saj obeta zamenjavo stare tehnologije z novo. Slovenska industrija ima tradicijo s hladilnimi sistemi in je pred časom pokazala zanimanje za magnetno hlajenje, vsekakor pa je na njej, da se pri tem opre na domače znanje. ANG The results of the research project: "Influence of the electronic structure of materials on the magnetocaloric effect" are important for the reputation of Slovenia in scientific community because the names of Slovene institutions and authors appear on relevant scientific publications and talks on international conferences. Besides, the topic of the project was the magnetocaloric effect, which is interesting from the point of view of ecology and economy, because its application may lead to the replacement of the old cooling technique by a new one. The Slovene industry, with a long tradition in refrigerator manufacturing, in the past expressed interest in magnetic cooling, and it is hoped that it will rely upon the domestic knowledge. 10. Samo za aplikativne projekte! Označite, katerega od navedenih ciljev ste si zastavili pri aplikativnem projektu, katere konkretne rezultate ste dosegli in v kakšni meri so doseženi rezultati uporabljeni Cilj F.01 Pridobitev novih praktičnih znanj, informacij in veščin Zastavljen cilj DA NE Rezultat 1 6 Uporaba rezultatov 6 F.02 Pridobitev novih znanstvenih spoznanj Zastavljen cilj Oda One Rezultat 6 Uporaba rezultatov 6 F.03 Večja usposobljenost raziskovalno-razvojnega osebja Zastavljen cilj DA NE Rezultat 6 Uporaba rezultatov 1 6 F.04 Dvig tehnološke ravni Zastavljen cilj ü DA J NE Rezultat 1 6 Uporaba rezultatov 1 6 F.05 Sposobnost za začetek novega tehnološkega razvoja Zastavljen cilj DA NE Rezultat 6 Uporaba rezultatov 6 F.06 Razvoj novega izdelka Zastavljen cilj Oda One Rezultat 6 Uporaba rezultatov 6 F.07 Izboljšanje obstoječega izdelka Zastavljen cilj Oda ne Rezultat I 6 Uporaba rezultatov 1 6 F.08 Razvoj in izdelava prototipa Zastavljen cilj DA NE Rezultat 1 6 Uporaba rezultatov 6 F.09 Razvoj novega tehnološkega procesa oz. tehnologije Zastavljen cilj Oda One Rezultat 6 Uporaba rezultatov 6 F.10 Izboljšanje obstoječega tehnološkega procesa oz. tehnologije Zastavljen cilj DA NE Rezultat 1 6 Uporaba rezultatov 6 F.11 Razvoj nove storitve Zastavljen cilj da One Rezultat 6 Uporaba rezultatov 6 F.12 Izboljšanje obstoječe storitve Zastavljen cilj DA NE Rezultat 6 Uporaba rezultatov 1 6 F.13 Razvoj novih proizvodnih metod in instrumentov oz. proizvodnih procesov Zastavljen cilj DA J NE Rezultat 1 6 Uporaba rezultatov 6 F.14 Izboljšanje obstoječih proizvodnih metod in instrumentov oz. proizvodnih procesov Zastavljen cilj DA NE Rezultat 1 6 Uporaba rezultatov 1 6 F.15 Razvoj novega informacijskega sistema/podatkovnih baz Zastavljen cilj DA J NE Rezultat 6 Uporaba rezultatov 6 F.16 Izboljšanje obstoječega informacijskega sistema/podatkovnih baz Zastavljen cilj DA NE Rezultat 6 Uporaba rezultatov 6 F.17 Prenos obstoječih tehnologij, znanj, metod in postopkov v prakso Zastavljen cilj DA J NE Rezultat 1 6 Uporaba rezultatov 1 6 F.18 Posredovanje novih znanj neposrednim uporabnikom (seminarji, forumi, konference) Zastavljen cilj DA NE Rezultat 6 Uporaba rezultatov 1 6 F.19 Znanje, ki vodi k ustanovitvi novega podjetja ("spin off") Zastavljen cilj DA J NE Rezultat 1 6 Uporaba rezultatov 1 6 F.20 Ustanovitev novega podjetja ("spin off") Zastavljen cilj DA NE Rezultat 6 Uporaba rezultatov 6 F.21 Razvoj novih zdravstvenih/diagnostičnih metod/postopkov Zastavljen cilj da One Rezultat 6 Uporaba rezultatov 6 F.22 Izboljšanje obstoječih zdravstvenih/diagnostičnih metod/postopkov Zastavljen cilj DA NE Rezultat 1 6 Uporaba rezultatov 1 6 F.23 Razvoj novih sistemskih, normativnih, programskih in metodoloških rešitev Zastavljen cilj DA NE Rezultat 1 6 Uporaba rezultatov 6 F.24 Izboljšanje obstoječih sistemskih, normativnih, programskih in metodoloških rešitev Zastavljen cilj DA NE Rezultat 1 6 Uporaba rezultatov 6 F.25 Razvoj novih organizacijskih in upravljavskih rešitev Zastavljen cilj da One Rezultat 6 Uporaba rezultatov 6 F.26 Izboljšanje obstoječih organizacijskih in upravljavskih rešitev Zastavljen cilj DA NE Rezultat 6 Uporaba rezultatov 1 6 F.27 Prispevek k ohranjanju/varovanje naravne in kulturne dediščine Zastavljen cilj DA NE Rezultat 1 6 Uporaba rezultatov 1 6 F.28 Priprava/organizacija razstave Zastavljen cilj DA J NE Rezultat 6 Uporaba rezultatov 6 F.29 Prispevek k razvoju nacionalne kulturne identitete Zastavljen cilj DA NE Rezultat 6 Uporaba rezultatov 1 6 F.30 Strokovna ocena stanja Zastavljen cilj DA NE Rezultat 1 6 Uporaba rezultatov 1 6 F.31 Razvoj standardov Zastavljen cilj DA U NE Rezultat 6 Uporaba rezultatov 6 F.32 Mednarodni patent Zastavljen cilj DA NE Rezultat 6 Uporaba rezultatov 6 F.33 Patent v Sloveniji Zastavljen cilj DA J NE Rezultat 1 6 Uporaba rezultatov 1 6 F.34 Svetovalna dejavnost Zastavljen cilj DA NE Rezultat 1 6 Uporaba rezultatov 6 F.35 Drugo Zastavljen cilj da One Rezultat 6 Uporaba rezultatov 6 Komentar 11. Samo za aplikativne projekte! Označite potencialne vplive oziroma učinke vaših rezultatov na navedena področja Vpliv Ni vpliva Majhen vpliv Srednji vpliv Velik vpliv G.01 Razvoj visoko-šolskega izobraževanja G.01.01. Razvoj dodiplomskega izobraževanja O O o O G.01.02. Razvoj podiplomskega izobraževanja o o o o G.01.03. Drugo: o o o o G.02 Gospodarski razvoj G.02.01 Razširitev ponudbe novih izdelkov/storitev na trgu O O O O G.02.02. Širitev obstoječih trgov o o o o G.02.03. Znižanje stroškov proizvodnje o o o o G.02.04. Zmanjšanje porabe materialov in energije O O O O G.02.05. Razširitev področja dejavnosti o o o o G.02.06. Večja konkurenčna sposobnost o o o o G.02.07. Večji delež izvoza o o o o G.02.08. Povečanje dobička o o o o G.02.09. Nova delovna mesta o o o o G.02.10. Dvig izobrazbene strukture zaposlenih O O O O G.02.11. Nov investicijski zagon o o o o G.02.12. Drugo: o o o o G.03 Tehnološki razvoj G.03.01. Tehnološka razširitev/posodobitev dejavnosti O O O O G.03.02. Tehnološko prestrukturiranje dejavnosti O O O O G.03.03. Uvajanje novih tehnologij o o o o G.03.04. Drugo: o o o o G.04 Družbeni razvoj G.04.01 Dvig kvalitete življenja o o o o G.04.02. Izboljšanje vodenja in upravljanja o o o o G.04.03. Izboljšanje delovanja administracije in javne uprave O O O O G.04.04. Razvoj socialnih dejavnosti o o o o G.04.05. Razvoj civilne družbe o o o o G.04.06. Drugo: o o o o G.05. Ohranjanje in razvoj nacionalne naravne in kulturne dediščine in identitete O O O O G.06. Varovanje okolja in trajnostni razvoj O O O O G.07 Razvoj družbene infrastrukture G.07.01. Informacijsko-komunikacijska infrastruktura O O O O G.07.02. Prometna infrastruktura o o o o G.07.03. Energetska infrastruktura o o o o G.07.04. Drugo: o o o o G.08. Varovanje zdravja in razvoj zdravstvenega varstva O O O O G.09. Drugo: o o o o Komentar 12. Pomen raziskovanja za sofinancerje, navedene v 2. točki11 1. Sofinancer Vrednost sofinanciranja za celotno obdobje trajanja projekta je znašala: EUR Odstotek od utemeljenih stroškov projekta: % Najpomembnejši rezultati raziskovanja za sofinancerja Šifra 1. 2. 3. 4. 5. Komentar Ocena 2. Sofinancer Vrednost sofinanciranja za celotno obdobje trajanja projekta je znašala: EUR Odstotek od utemeljenih stroškov projekta: % Najpomembnejši rezultati raziskovanja za sofinancerja Šifra 1. 2. 3. 4. 5. Komentar Ocena 3. Sofinancer Vrednost sofinanciranja za celotno obdobje trajanja projekta je znašala: EUR Odstotek od utemeljenih stroškov projekta: % Najpomembnejši rezultati raziskovanja za sofinancerja Šifra 1. 2. 3. 4. 5. Komentar Ocena C. IZJAVE Podpisani izjavljam/o, da: • so vsi podatki, ki jih navajamo v poročilu, resnični in točni • se strinjamo z obdelavo podatkov v skladu z zakonodajo o varstvu osebnih podatkov za potrebe ocenjevanja, za objavo 6., 7. in 8. točke na spletni strani http://sicris.izum.si/ ter obdelavo teh podatkov za evidence ARRS • so vsi podatki v obrazcu v elektronski obliki identični podatkom v obrazcu v pisni obliki • so z vsebino zaključnega poročila seznanjeni in se strinjajo vsi soizvajalci projekta Podpisi: Matej Komelj in podpis vodje raziskovalnega projekta zastopnik oz. pooblaščena oseba RO Kraj in datum: Ljubljana 15.4.2010 Oznaka poročila: ARRS-RPROJ-ZP-2010-1/2 1 Samo za aplikativne projekte. Nazaj 2 Napišite kratko vsebinsko poročilo, kjer boste predstavili raziskovalno hipotezo in opis raziskovanja. Navedite ključne ugotovitve, znanstvena spoznanja ter rezultate in učinke raziskovalnega projekta. Največ 18.000 znakov vključno s presledki (približno tri strani, velikosti pisave 11). Nazaj 3 Realizacija raziskovalne hipoteze. Največ 3.000 znakov vključno s presledki (približno pol strani, velikosti pisave 11). Nazaj 4 Samo v primeru bistvenih odstopanj in sprememb od predvidenega programa raziskovalnega projekta, kot je bil zapisan v predlogu raziskovalnega projekta. Največ 3.000 znakov vključno s presledki (približno pol strani, velikosti pisave 11). Nazaj 5 Navedite največ pet najpomembnejših znanstvenih rezultatov projektne skupine, ki so nastali v času trajanja projekta v okviru raziskovalnega projekta, ki je predmet poročanja. Za vsak rezultat navedite naslov v slovenskem in angleškem jeziku (največ 150 znakov vključno s presledki), rezultat opišite (največ 600 znakov vključno s presledki) v slovenskem in angleškem jeziku, navedite, kje je objavljen (največ 500 znakov vključno s presledki), izberite ustrezno šifro tipa objave po Tipologiji dokumentov/del za vodenje bibliografij v sistemu COBISS ter napišite ustrezno COBISS.SI-ID številko bibliografske enote. Navedeni rezultati bodo objavljeni na spletni strani http://sicris.izum.si/. PRIMER (v slovenskem jeziku): Naslov: Regulacija delovanja beta-2 integrinskih receptorjev s katepsinom X; Opis: Cisteinske proteaze imajo pomembno vlogo pri nastanku in napredovanju raka. Zadnje študije kažejo njihovo povezanost s procesi celičnega signaliziranja in imunskega odziva. V tem znanstvenem članku smo prvi dokazali... (največ 600 znakov vključno s presledki) Objavljeno v: OBERMAJER, N., PREMZL, A., ZAVAŠNIK-BERGANT, T., TURK, B., KOS, J.. Carboxypeptidase cathepsin X mediates ß2 - integrin dependent adhesion of differentiated U-937 cells. Exp. Cell Res., 2006, 312, 2515-2527, JCR IF (2005): 4.148 Tipopologija: 1.01 - Izvirni znanstveni članek COBISS.SI-ID: 1920113 Nazaj 6 Navedite največ pet najpomembnejših družbeno-ekonomsko relevantnih rezultatov projektne skupine, ki so nastali v času trajanja projekta v okviru raziskovalnega projekta, ki je predmet poročanja. Za vsak rezultat navedite naslov (največ 150 znakov vključno s presledki), rezultat opišite (največ 600 znakov vključno s presledki), izberite ustrezen rezultat, ki je v Šifrantu raziskovalnih rezultatov in učinkov (Glej: http://www.arrs.gov.si/sl/gradivo/sifranti/sif-razisk- rezult.asp), navedite, kje je rezultat objavljen (največ 500 znakov vključno s presledki), izberite ustrezno šifro tipa objave po Tipologiji dokumentov/del za vodenje bibliografij v sistemu COBISS ter napišite ustrezno COBISS.SI-ID številko bibliografske enote. Navedeni rezultati bodo objavljeni na spletni strani http://sicris.izum.si/. Nazaj 7 Navedite rezultate raziskovalnega projekta v primeru, da katerega od rezultatov ni mogoče navesti v točkah 6 in 7 (npr. ker se ga v sistemu COBISS ne vodi). Največ 2.000 znakov vključno s presledki. Nazaj 8 Pomen raziskovalnih rezultatov za razvoj znanosti in za razvoj Slovenije bo objavljen na spletni strani: http://sicris.izum.si/ za posamezen projekt, ki je predmet poročanja. Nazaj 9 Največ 4.000 znakov vključno s presledki Nazaj 10 Največ 4.000 znakov vključno s presledki Nazaj 11 Rubrike izpolnite/prepišite skladno z obrazcem "Izjava sofinancerja" (http://www.arrs.gov.si/sl/progproj/rproj/gradivo/), ki ga mora izpolniti sofinancer. Podpisan obrazec "Izjava sofinancerja" pridobi in hrani nosilna raziskovalna organizacija - izvajalka projekta. Nazaj Obrazec: ARRS-RPROJ-ZP/2010 v1.00a 5C-20-58-EB-CA-98-18-3E-0D-B8-2C-CA-BF-91-B4-FD-26-E7-49-C1