Badania z trzema zespołami z uczelni francuskich podejmą nasi naukowcy dzięki grantom od Narodowej Agencji Wymiany Akademickiej (NAWA). Dofinansowanie otrzymały dwie badaczki z Wydziału Chemicznego oraz naukowiec z Wydziału Podstawowych Problemów Techniki. 

Narodowa Agencja Wymiany Akademickiej rozstrzygnęła tegoroczną edycję konkursu PHC Polonium. Wśród 20 projektów wybranych do finansowania znalazły się trzy z naszej uczelni. Program ten wspiera mobilność naukowców realizujących badania w zespołach polsko-francuskich. 

Konwersja światłowodów ma przyszłość 

Pierwszym laureatem z PWr jest dr hab. inż. Karol Tarnowski, prof. uczelni z Wydziału Podstawowych Problemów Techniki, który wspólnie z naukowcami z Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (ICB) w Dijon zajmie się „Daleką konwersją częstotliwości w światłowodach wielomodowych”. 

– Zainteresowanie tematyką światłowodów wielomodowych jest coraz większe i wiąże się z jednej strony z potrzebą zrozumienia zjawisk nieliniowych na poziomie podstawowym, a z drugiej z licznymi potencjalnymi obszarami ich zastosowań – wyjaśnia prof. Karol Tarnowski. – Mowa tu o szerokopasmowych sieciach komunikacyjnych, wysokorozdzielczym obrazowaniu biomedycznym czy przemysłowej obróbce materiałów. 

W ramach współpracy z zespołem z Dijon grupa prof. Tarnowskiego będzie badać geometryczną niestabilność parametryczną, która umożliwia konwersję częstotliwości z początkowej pozycji lasera do odstrojonych pasm. 

– Spektralna lokalizacja tych pasm jest związana z właściwościami światłowodu: przy odpowiedniej konstrukcji światłowodu pasma GPI mogą być odstrojone daleko od początkowej pozycji lasera. – wyjaśnia naukowiec z W11. – Szczególnie interesującą perspektywę badawczą stanowi możliwość dalekiej konwersji częstotliwości w procesie GPI z lasera pompującego dużej mocy zlokalizowanego w obszarze bliskiej podczerwieni. 

Daleka konwersja częstotliwości może być wykorzystana do generowania częstotliwości, które nie są dostępne za pomocą innych technik, np. w nadfiolecie, w obszarze widzialnym oraz w średniej podczerwieni. Z tego powodu źródło światła oparte na dalekiej konwersji częstotliwości w światłowodzie wielomodowym może być alternatywą dla istniejących laserów w zakresie widzialnym i średniej podczerwieni.  

Obie grupy z Wrocławia i Dijon ma ją już za sobą wieloletnią współpracę w zakresie badaniach zjawisk optyki nieliniowej zachodzących w światłowodach. – Francuscy koledzy mają w dorobku wiele przełomowych wyników w zakresie nieliniowej optyki światłowodowej, a nasza Grupa Optyki Światłowodów przeprowadziła liczne badania dotyczące możliwości kształtowania i optymalizacji właściwości liniowych i nieliniowych światłowodów – mówi prof. Tarnowski. – Można powiedzieć, że doskonale się uzupełniamy pod kątem doświadczeń i posiadanej infrastruktury. 

W skład zespołu z PWr wchodzą też: dr inż. Tadeusz Martynkien oraz Karolina Stefańska, studentka Szkoły Doktorskiej, która realizuje swój doktorat w trybie cotutelle: jej praca doktorska powstaje równocześnie na dwóch uniwersytetach pod opieką promotora polskiego – prof. Tarnowskiego  i zagranicznego – dr. Bertranda Kiblera. Cały proces zwieńczony jest podwójnym dyplomem. 

Nowoczesne nanoklastry 

Kolejny projekt z naszej uczelni, której uzyskał dofinansowanie w programie Polonium ,to „Nanoklastry złota w chiralnych układach samoorganizujących się – nieliniowe właściwości optyczne”. 

Realizować go będzie dr hab. inż. Joanna Olesiak-Bańska, prof. uczelni z Wydziału Chemicznego we współpracy z doktorantką Anną Pniakowską. Wspólnie z grupą prof. R. Antoine’a z Institut Lumière Matière na Université Claude Bernard Lyon 1 będą analizować chiralne efekty optyczne nanoklastrów złota osadzonych w supramolekularnych układach Au(I)-Cys. Potencjał tych materiałów wynikający z ich chiralności zostanie zbadany w zakresie jedno- i dwu-fotonowym.  

Chiralność jest naturalną cechą związków, których struktura cząsteczki wyjściowej jest odmienna od jej symetrycznego odpowiednika. Naukowcy, wzorując się na naturalnych chiralnych strukturach, takich jak aminokwasy, białka oraz kwasy nukleinowe, próbują wykreować chiralność w nowych materiałach funkcjonalnych. Wśród nich wyróżnia się nanomateriały złożone z  nanocząstek, nanoklastrów oraz kropek kwantowych.  

– Nanoklastry to ultra-małe nanocząstki o średnicy 1-2 nm zbudowane ze zdefiniowanej liczby atomów metali i stabilizujących powierzchnię cząsteczek organicznych – wyjaśnia badaczka z W3. – To nowoczesne materiały, których pożądane właściwości mogą być precyzyjnie zaprojektowane na poziomie atomowym z wykorzystaniem syntezy chemicznej. W przeciwieństwie do większych form nanocząstek, właściwości fizykochemiczne i optyczne nanoklastrów zmieniają się znacząco już na poziomie zmiany pojedynczego atomu w strukturze nanoklastrów. 

Polsko-francuska współpraca zakłada budowanie supramolekularnych nanostruktur z nanoklastrów złota. – Chcemy w ten sposób otrzymać unikalne właściwości optyczne dzięki wysoce uporządkowanej strukturze tych nanomateriałów – mówi prof. Joanna Olesiak-Bańska.  

Badania te mają być punktem wyjścia do przyszłych prac nad bardziej złożonymi projektami obejmującymi zagadnienie chiralności nanoklastrów i nanocząstek złota, które tematycznie są już obecnie realizowane przez oba zespoły. 

– Z grupą prof. R. Antoine’a współpracowaliśmy już przy badaniu transformacji rozmiarów nanoklastrów złota, gdy wykonywali oni pomiary spektrometrii masowej na naszych nanocząstkach – opowiada prof. Olesiak-Bańska, która w ostatnim czasie mocno zaangażowała się w analizę chiralnych właściwości nanomateriałów oraz poszukiwanie rozwiązań służących wzmocnieniu luminescencji nanoklastrów metali szlachetnych. 

Pokrywa się to z zainteresowaniami prof. Antoine’a, którego zespół SpectroBio od ponad 15 lat opracowuje nowe metody i zastosowania spektrometrii mas, w tym analizy nanoklastrów, nanocząstek oraz większych agregatów i materiałów samoorganizujących się.  

Dwuetapowa współpraca 

Badania nad „Siatkami powierzchniowymi w filmach azopolimerowych osadzonych na podłożu ciekłym” to trzeci z nagrodzonych przez NAWA projektów naszych naukowców w programie Polonium. Kieruje nim dr inż. Sonia Zielińska z Wydziału Chemicznego, której zespół podejmie współpracę z grupą fizyków z Uniwersytetu w Angers.  

– W naszej pracy zajmiemy się zbadaniem zjawiska zapisu holograficznych siatek powierzchniowych w azopolimerowych filmach osadzonych na podłożu ciekłym – wyjaśnia dr inż. Sonia Zielińska. – Dotychczasowy stan wiedzy w tym zakresie ograniczony jest tylko do nośników stałych, więc chcemy go rozwinąć. 

Badania będą podzielone na dwie części. Pierwsza, o charakterze podstawowym, pozwoli zrozumieć rolę cieczy i jej lepkości jako podłoża dla filmu azopolimerowego oraz ocenić wpływ tego rodzaju nośnika na struktury zapisywane laserem. Druga część obejmie badania o charakterze aplikacyjnym.  

– Będziemy oceniać możliwości sprzęgania światła w powierzchni międzyfazowej przez fale zanikające, wykorzystywać fotostrukturyzację filmów na podłożu ciekłym do charakteryzacji fal powierzchniowych oraz wytwarzać struktury Chladni’ego – wylicza badaczka z W3. 

W składzie politechnicznego zespołu, oprócz dr Zielińskiej, znaleźli się dr inż. Ewelina Ortyl oraz dr inż. Aleksandra Korbut. Natomiast po stronie francuskiej prof. Regis Barille, kierownik projektu, dr inż. Matthieu Loumaigne i doktorantka Lina Zhang. 

Dzięki dotychczasowej współpracy z ośrodkiem badawczym w Angers na Wydziale Chemicznym powstało ponad 35 wspólnych publikacji, pięć projektów badawczych i jeden patent.