1p Gránásy László Szül.: 1955. febr. 15. Budapest ELTE TTK fizikus szak 1979 MTA Doktora (2004) Választott tag: Academia Europaea (London, 2014 ) Jelenleg: Tud. Tanácsadó az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont, Szilárdtest-fizikai és Optikai Intézetében 1979. szept. 1-től máig KFKI kampusz I. ép. 2007-2009. Prof. a Brunel Egyetemen (West-London) Vendégkutató: Tohoku University (Sendai, Japan), MPI für Eisenforschung (Düsseldorf), DLR (Köln), University of Chicago, University of Sheffield (UK), University of Bergen (Norway), NIST (Gaithersburg, MD, USA), (Monbusho-, Humboldt- és British Council ösztöndíjak) 1
2p Kutatási témáim 2 1979-95 Amorf ötvözetek előállítása és termikus stabilitásának vizsgálata/modellezése (diploma, egyetemi doktori- és kandidátusi disszertációk) 1985-86 Oxidüvegek viszkozitásának mérése (Monbusho-ösztöndíj, Tohoku Uni., Sendai, Japán) 1995-2000 Fullerén származékok fázisátmeneteinek vizsgálata 1992- Nukleációs (csíraképződési) folyamatok elméleti vizsgálata (MTA doktori disszertáció): - diffúz határfelületi modell kidolgozása (1992-1993, Humboldt-ösztöndíj, DLR, Köln) - fürt-dinamikai számolások (1995-2002) - kontinuum modellek (Cahn-Hilliard, TDGL, klasszikus sűrűségfunkcionál-elmélet, 1996-) 2001- Komplex megszilárdulási folyamatok térelméleti modellezése: - a polikristályos megszilárdulás FM elméletének kidolgozása (Pusztai Tamással) - kvantitatív FM elmélet valós ötvözetekre (Pusztai Tamással) - molekuláris FM elmélet (Tegze Györggyel, Tóth Gyulával és Pusztai Tamással)
3p Címlapok 3
5p I. Komplex polikristályos mikroszerkezetek 4 Polikristályos anyagok: Pl.: ásványok, technikai ötvözetek, polimerek, gyógyszerek (pl. inzulin), kristályosodó élelmiszerek (zsírok, csokoládé), vesekő, koleszterin, és amiloid (szferolitikus) plakkok az agyban (Alzheimer-kór) Nagyszámú kristályszemcséből állnak, melyek a kristály nukleáció és növekedés versengésével jönnek létre. A méret-, alak-, és összetétel eloszlásuk, a mikroszerkezet határozza meg a tulajdonságaikat. Jégvirágok Gin A Számítógépes Anyagtudomány célja: Megértse és megjósolja az anyagok viselkedését (Eszközei: mikro-, mezo- és makroskálájú modellek: ab initio, DFT, MD, PFC, FME, CFD, stb.) Dirty Martini Vodka-Tonic American Pale Ale
7p II. Mikroszerkezet (µm, µs cm, perc) modellezése 5 Matematikai modell FME: csatolt nem-lineáris sztochasztikus parc. differenciál egyenletek Numerikus megoldás (véges diff., spektrális, ) Bemenő adatok: szabadenergia, diffúziós együtthatók, felületi szabadenergiák, anizotrópiák ( mikr. modellek, adatbázisok) Számítástechnikai kapacitás: CPU és GPU klaszterek Strukturális rendparaméter [fázismező: φ(r, t)] Modell Numerikus megoldó Mikroszerkezet
9p A. Mit kell tudnia a modellnek? (előttünk nem foglalkoztak ilyen komplexitású mikroszerkezetek matematikai modellezésével) 6 1. Diffúziós instabilitások: Mullins-Sekerka instabilitás 2. Nukleáció -növekedési centrumoké - homogén - heterogén (idegen részecskék v. falak jelenlétében) izotrop anizotrop - új szemcsék a növekedési fronton (Front Menti Nukleáció = FMN) - heterogén (részecske-indukált) - homogén pl. adott elágazási szöggel
11p B. A polikristályos megszilárdulás FM modellje 1. Diffúziós instabilitások: 2. Növekedési centrumok nukleációja izotrop anizotrop - homogén (ME + zaj) Gránásy et al. PRL (2002) összetétel fázismező orientáció - heterogén (ME + zaj + határfeltétel) Gránásy et al. PRL (2007) 3. Front menti nukleáció (FMN) - heterogén (részecske-indukált csúcs-eltérítés) Gránásy et al. Nature Mater. (2003) - homogén I. (alacsony M θ miatt fellépő orientációs hibák) Gránásy et al. Nature Mater. (2004) - homogén II. (preferált elágazás alacsonyenergiás szemcsehatárok irányában) Gránásy et al. PRE (2005) 7
12p C. Alkalmazások: (a) Dendrit vs. részecskék Gránásy et al. Nature Mater. (2003) Kísérlet: PEO/PMMA + agyag Idegen részecskék: véletlen, de rögzített orientációval Ferreiro et al., PRE (2002) Szimuláció: 3000 3000 rács Szín kód 8
13p Kísérlet C. Alkalmazások: (b) Polikristályos szferolitok Gránásy et al. Nature Mater. (2004); Gránásy et al. Phys. Rev. E (2005) 9 Szimuláció Morfológiai változatosság leírása néhány modell paraméterrel: (anizotrópiák, elágazási szög,gödör mélysége a szemcsehatár energiában) Kísérlet Szimuláció
14p C. Alkalmazások: (c) Termokapilláris jelenségek monotektikus ötvözetben G. Tegze et al. J. Mater. Sci. A (2005); Pusztai et al. J. Phys.: Condens. Matter (2008) 10 Csatolás a hidrodinamikához: Anderson et al. szerint V M d
16p V (10 4 m/s) C. Alkalmazások: C. Alkalmazások: (e) Technikai (b) Kvantitatív ötvözetek FMEmodellezése Al-Ti-ra EU FP 6, FP 7; ESA Prodex/PECS; Pusztai et al. J. Phys.: Condens. Matter (2008) Pályázati sikerek (EU FP6, FP7, ESA Prodex/PECS): 1,8 millió (mágneses anyagok optimalizálása fázisszelekcióval, ólommentes önkenő csapágyanyag, magasabb hőmérsékleten működő gázturbina lapátokhoz való ötvözet, részecske-front kölcsönhatás MMNC-ban, stb.) 32 16 8 4 32 16 128 µm 128 µm 250 µm 8 - ThermoCalc termodinamikai adatbázis (Al-Ti) - Greer-féle részecske-indukált nukleáció 4 5 10 20 40 1500 300 rács részecskeszám ~ 200 / szimulációs doboz 0.75 mm 0.15 mm részecske méret (Gauss) = (20 ±4) nm d = 0.4 µm G (10 4 K/m) 11
18p D. Eredmények a közelmúltból: D.1 Amorf nukleációs prekurzor modellezése a molekuláris FM (PFC) elméletben: Phys. Rev. Lett. 2011 ( IF = 7.3 ) Adv. Phys. 2012 ( IF = 34.2 ) Chem. Soc. Rev. 2014 ( IF = 33.4 ) Nature Phys. 2014 ( IF = 20.7 ) Motiváció: Zhang & Liu, JACS (2007) - PFC = klasszikus részecskékre vonatkozó egyszerű dinamikus sűrűségfunkcionál-technika [PFC = Phase-Field Crystal; Elder et al. Phys. Rev. Lett. (2002), Phys. Rev. B (2007)] - 3D-ben a bcc, hcp, fcc kristályos és az amorf szerkezetek versengenek 256 3 rács Amorf szigetek megjelenésével indul a fagyás, majd kristályosodik! (Mint a kolloid kísérletekben.) ***** Milyen a prekurzor szerkezete? 12
20p Szerkezeti jellemzők: q i of Lechner & Dellago Lechner & Dellago, JCP (2008) Prekurzor kolloidban: Vörös: bcc-szerű Fehér: amorf Fekete: bcc Tan et al. Sárga: Nature icosa. Phys. 2014 Zöld: hcp Vörös: fcc Zöld = bcc kristály: q 6 > 0.27, ξ 7 Vörös = bcc-szerű: q 6 > 0.27, ξ < 7 Fehér = amorf: q 6 < 0.27 Gyorshűtött tömbi amorf (PFC): Megfigyelések, eredmények: - Az amorf prekurzor szerkezete hasonlít a LJ folyadékéra - Jól közelíti a gyorshűtött tömbi amorfét (PFC) Eddig amorf prekurzor: LJ, HS, 2D & 3D kolloidok, PFC. Általános-e? 13
22p D.2 Spirálozó ternér eutektikus dendritek: (Pusztai et al. Phys. Rev. E 2013, Rátkai et al. J. Chem. Phys. 2015) 14 Akamatsu et al., PRL (2010) Eutektikus dendritek: - Alakjuk, mint az egyfázisú dendriteké: y ~ x 3/2 - Az alak független az eutektikus mintázattól - Sztochasztikus választás a lehetséges mintázatokból
23p Kiemelkedő eredmények 1. Egzotikus megszilárdulási formák modellezése: Phys. Rev. Lett. 2002; Nat. Mater, 2003, 2004 ( IF = 10,8; 13,5 ); Mater. Sci. Eng. Rep. 2004 ( IF = 14,2 ); Europhys. Lett. 2005; Phys. Rev. E 2013; Metall. Mater. Trans. A 2014; J. Chem. Phys. 2015 2. Mikroszerkezeti modell alkalmazása nemzetközi projektekben: - mágneses ötvözetek optimalizálása fázisszelekcióval (ESA Prodex/PECS) - ólommentes önkenő csapágyanyagok fejlesztése (ESA Prodex) - magasabb hőmérsékleten működő tubina-lapát anyag (EU FP 6) - in-situ kompozitok, részecske front kölcsönhatás (ESA Prodex/PECS) - meta-anyagok előállítása eutektikus megszilárdulással (EU FP7) 3. Nukleáció molekuláris szintű szimulációja: PRL 2011, 2012 Adv. Phys. 2012 ( IF = 34,3 ) Chem. Soc. Rev. 2014 ( IF = 33,4 ) Nat. Phys. 2014 ( IF = 20,6 ) ESA website: Space in videos + 1. Több-fázisú áramlás modellezése: MSEA 2005; JPCM 2014; (ESA Prodex/PECS szerződések) 15
23,5p Tudománymetriai adatok 178 publikáció (95 első/utolsó szerző) IF = 397,1 Független hiv. > 3280 + 78 100 független hivatkozás: 8 cikk 200 független hivatkozás: 2 cikk 2004 Nature Mater. cikk: 15 legfontosabb eredmény közt fizikában 2004-ben (Science News, USA) 66 + 2 meghívott előadás nemzetközi konferencián/workshopon (közte 3 plenáris, 5 keynote) 16
24p Munkatársaim/Tanítványaim a Számítógépes Anyagtudományi Csoportban Pusztai Tamás Tud. Tanácsadó Fizikai Díj 2012 Tegze György Tud. Főmunkatárs Brunel University: 2007-2009 Tóth Gyula Posztdoktor Junior Príma Díj 2012 MTA Ifjúsági Díj 2013 University of Bergen: 2014-2017 Rátkai László PhD hallgató Korbuly Bálint PhD hallgató Korábbi együttműködők/tagok: Börzsönyi Tamás (Tud. Főmunkatárs) Környei László (adjunktus, Széchenyi Egyetem, Győr) Szállás Attila (Posztdoktor) Podmaniczky Frigyes PhD hallgató 17
25p Köszönetnyilvánítás Középiskolai fizika tanárnőmnek: Széplaki Jenőnének Egyetemi oktatóimnak: Tél Tamásnak, Rácz Zoltánnak, Sasvári Lászlónak, Kondor Imrének, Tichy Gézának és Szabó Györgynek, Zawadowski Alfrédnek és Mihály Lászlónak (szilárdtest-fizika speci) Témavezetőimnek: Kemény Tamásnak és Lovas Antalnak Az MTA SZFKI/Wigner FK SZFI Szerkezeti Kutatócsoport tagjainak: Faigel Gyulának, Tegze Miklósnak, Bortel Gábornak, Oszlányi Gábornak, Kamarás Katalinnak és Pekker Sándornak Jelenlegi és korábbi munkatársaimnak: Pusztai Tamásnak, Tóth Gyulának, Tegze Györgynek és Börzsönyi Tamásnak Külföldi munkatársaimnak: James A. Warrennek, Jack F. Douglasnak és David W. Oxtobynak Az MTA SZFKI/Wigner FK SZFI Elméleti Osztály kutatóinak: Iglói Ferencnek, Sütő Andrásnak, Sólyom Jenőnek és Tüttő Istvánnak A volt MTA SZFKI igazgatóinak: Kroó Norbertnek, Kollár Jánosnak és Buka Ágnesnek Az MTA Wigner FK főigazgatójának: Lévai Péternek Az MTA SZFKI/Wigner FK kutatóközösségének Ajánlóimnak: Bíró Lászlónak, Domokos Péternek, Faigel Gyulának, Kamarás Katalinnak, Kroó Norbertnek, Rácz Zoltánnak és Vincze Imrének 18