Sukcesy Instytutu w 2022 roku
Zapraszamy do zapoznania się z przeglądem najważniejszych osiągnięć Instytutu Fizyki w 2022 roku.
Dokładne i wydajne metody obliczeniowe oparte na formalizmie grupy renormalizacyjnej macierzy gęstości DMRG dla dużych cząsteczek
W 2022 otrzymaliśmy finansowanie z Narodowego Centrum Nauki i Czech Science Foundation projektu OPUS LAP "Dokładne i wydajne metody obliczeniowe oparte na formalizmie grupy renormalizacyjnej macierzy gęstości DMRG dla dużych cząsteczek". Projekt znalazł się na drugim miejscu listy rankingowej panelu ST4 (panel ten obejmuje całą chemię). Jest to wspólny projekt realizowany z Czeską Akademią Badawczą, z grupą prof. Libora Veisa. Projektem będzie kierować prof. Katarzyna Pernal z Instytutu Fizyki Politechniki Łódzkiej.
Celem projektu jest rozwinięcie metod wykorzystujących techniki DMRG (density matrix renormalization group) i powstanie programu obliczeniowego do badania struktury elektronowej układów z silną korelacją.
Obliczenia kwantowo-chemiczne odgrywają obecnie pełnoprawną rolę w badaniach chemicznych. Chemia obliczeniowa pomaga analizować i wyjaśniać obserwacje eksperymentalne, wspomaga projektowanie nowych materiałów i pozwala przewidywać właściwości nowych cząsteczek. Pomimo ogromnego postępu w rozwoju metod obliczeniowych, istnieje wciąż kategoria problemów chemicznych, czekających na wiarygodny opis teoretyczny. Od dawna znanym problemem i wyzwaniem dla istniejących metod są tak zwane układy chemiczne z quasidegeneracją, znane również jako układy z silnie skorelowanymi elektronami. Wbrew pozorom, silnie skorelowane elektrony nie są tworami egzotycznymi i występują w złożonych układach molekularnych o znaczeniu biologicznym, jak i w wielu nowoczesnych materiałach o znaczeniu technologicznym.
Tutaj można zapoznać się z przystępnym opisem projektu:
https://p.lodz.pl/uczelnia/aktualnosci/fizycy-z-pl-opracuja-nowe-narzedzia-obliczeniowe
Projekty obejmujące współpracę międzynarodową były oceniane w oparciu o Lead Agency Procedure (LAP), w której NCN pełniło rolę agencji wiodącej. Badania prowadzone przez Czeską Akademię Nauk sfinansuje agencja Czech Science Foundation (GACR).
Confined Molecular Systems: from a new generation of materials to the stars (COSY)
W 2022 roku finansowanie uzyskał projekt COST (European Cooperation in Science&Technology): Confined Molecular Systems: from a new generation of materials to the stars (COSY), w którym Instytut Fizyki PŁ jest partnerem.
Projekt COSY ma na celu dostarczenie obliczeniowo i doświadczalnie uzasadnionych podstaw do fundamentalnego zrozumienia i kontroli układów molekularnych. Wyniki zostaną przełożone na użyteczną wiedzę stanowiącą podstawę dla zastosowań. Zastosowania te obejmują stworzenie nowej generacji materiałów, w tym biomateriałów, z możliwością natychmiastowego transferu do przemysłu, do ujawnienia reakcji chemicznych zachodzących w przestrzeni kosmicznej. W tym celu projekt połączy nowe, przełomowe techniki eksperymentalne w zakresie syntezy nowych nanomateriałów i ich wysokorozdzielczej charakterystyki z najnowocześniejszym modelowaniem kwantowo-molekularnym. Zastosowane zostaną nowoczesne technologie sztucznej inteligencji, uczenia maszynowego oraz big data science.
Działania którymi pokieruje prof. Katarzyna Pernal skoncentrują się na pakiecie: "Dokładny opis oddziaływań międzycząsteczkowych pomiędzy cząsteczką a jej środowiskiem za pomocą nowoczesnych narzędzi kwantowych."
Non-commutative optimal transport
W 2022 wraz z partnerami z Kanady, USA, Francji i Holandii grupa kierowana przez prof. Katarzynę Pernal napisała proposal projektu na organizację programu naukowego pod tytułem "Non-commutative optimal transport". Program ten miałby być realizowany w Instytucie Matematyki Czystej i Stosowanej (IPAM) Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles ( http://www.ipam.ucla.edu). IPAM ogłasza co pół roku konkursy na programy naukowe z pogranicza matematyki i fizyki i wybiera jeden projekt.
Nasz projekt został wybrany do realizacji i znajdzie się w kalendarzu programów albo na 2024 albo na początek 2025.
W ostatnich dekadach optymalny transport (OT) pojawił się jako płodne pole badań i skuteczne narzędzie do różnorodnych zastosowań w matematyce i poza nią, w tym w ekonomii, meteorologii, geometrii, statystyce, mechanice płynów, inżynierii i problemach projektowych.
Ostatnio, motywowana fundamentalnymi problemami w sztucznej inteligencji, fizyce kwantowej i teorii struktury elektronicznej, teoria OT poszerzyła się o inną klasę przestrzeni stanów, takich jak przestrzenie macierzy gęstości, operatorów, czy ogólniej - algebry C*, z których wszystkie są niekomutatywne. Chociaż te warianty OT mają wspólne cechy matematyczne, to wciąż brakuje dla nich zunifikowanej perspektywy geometrycznej. Ponadto, wiele kluczowych problemów analitycznych, obliczeniowych i statystycznych pozostaje nierozwiązanych, co utrudnia rozwój praktycznych zastosowań.
Cost-efficient gas sensing system based on wavelength tunable quantum-dot VCSEL arrays with nanogratings - QD-Sense
W 2022 roku uzyskaliśmy projekt finansowany w ramach 5 konkursu NCBR dotyczącego współpracy Polska – Berlin/Brandenburgia.
Liderem projektu „Cost-efficient gas sensing system based on wavelength tunable quantum-dot VCSEL arrays with nanogratings - QD-Sense” jest Politechnika Łódzka (Zespół Fotoniki z Instytutu Fizyki PŁ kierowany przez prof. Tomasza Czyszanowskiego), a realizuje go we współpracy z Technische Universitat Berlin, JCMwave GmbH, Eagleyard Photonics GmbH, EPIGAP Optronic GmbH oraz Politechniką Wrocławską i Airoptic sp. z o. o.
Głównym rezultatem projektu będzie zaprojektowanie i zrealizowanie nowego typu taniego, optycznego analizatora pary wodnej, który jest kluczowym elementem wielu zastosowań związanych z monitorowaniem środowiska oraz kontrolą procesów przemysłowych. Zastosowanie w takim systemie matrycy laserów typu VCSEL z monolityczną siatką podfalową znacząco obniży cenę tego typu systemów w stosunku do jakichkolwiek analogicznych rozwiązań dostępnych na rynku. Pozwoli to na znacznie szersze zastosowanie takich systemów, co przełoży się na wzrost wydajności i standardów bezpieczeństwa oraz umożliwi dokładniejsze monitorowanie stanu środowiska w procesach przemysłowych, w szczególności związanych z takimi gałęziami przemysłu jak petrochemiczny, chemiczny, spożywczy czy energetyczny, jak również w procesach produkcji cementu, szkła, obróbki drewna i odzyskiwania odpadów.
PhotoGenic - Photonics on Germanium - New Industrial Consortium
W 2022 roku uzyskaliśmy projekt finansowany w ramach programu Horyzont Europa.
Projekt pt. „PhotoGenic- Photonics on Germanium - New Industrial Consortium”, którego liderem jest Vigo Photonics S.A. realizowany jest we współpracy z Politechniką Łódzką(Zespół Fotoniki z Instytutu Fizyki PŁ kierowany przez prof. Tomasza Czyszanowskiego), Politechniką Warszawską, PMD Industrial Gmbh, Niemcy, Centre National de la Recherche Scientifique LAAS, Francja, Umicore, Belgia oraz Xenomatics Belgia.
Projekt dotyczy opracowania technologii wzrostu źródeł laserowych typu VCSEL na podłożach germanowych, które pozwalają na integrację arsenkowych struktur laserowych z elektronicznymi układami scalonymi na bazie krzemu przy wykorzystaniu buforów germanowych. Projekt skupia się na udoskonaleniu technologii wzrostu struktur laserowych na germanie i zastosowanie powstałych laserów w kamerach podczerwieni i LIDARach wykorzystywanych w urządzeniach autonomicznych. Opracowana technologia wzrostu laserów na germanie umożliwia ponadto znaczną redukcję kosztów wytwarzania w porównaniu z dotychczasową technologią opartą na podłożach z arsenku galu oraz znaczącą redukcję zużycia toksycznych materiałów. Ten ostatni czynnik posiada niebagatelną wagę w kontekście oczekiwanego zwielokrotnienia produkcji laserów w ciągu najbliższych lat.
Miniaturized Board-mountable Optical Transceiver for high data rate Military Satellite Communications
W 2022 roku uzyskaliśmy projekt finansowany w ramach programu European Defence Fund.
Projekt pt. “Miniaturized Board-mountable Optical Transceiver for high data rate Military Satellite Communications”, którego liderem jest Leo Space Photonics R&D Monoprosopiike EL Napa Technologies realizowany jest przez Zespół Fotoniki z Instytutu Fizyki PŁ kierowany przez prof. Tomasza Czyszanowskiego we współpracy z Vigo Photonics S.A. oraz Centre National de la Recherche Scientifique.
Projekt dotyczy rozwijania wojskowej komunikacji satelitarnej, która jest kluczowym elementem pozwalającym na uzyskanie przewagi taktycznej w nowoczesnych działaniach wojennych. Komunikacja satelitarna bazuje na pokładowych procesorach cyfrowych zapewniających łączność o wysokiej pojemności, w czasie rzeczywistym. Obecna oferta handlowa jest zdominowana przez amerykańskich dostawców lub w dużym stopniu zależy od kontrolowanych przez eksport technologii amerykańskich. Projekt ma na celu ustanowienie pierwszego europejskiego łańcucha dostaw usuwając bariery zależności i uwalniając pełny potencjał realizacji wojskowych układów telekomunikacji światłowodowej dla europejskiego przemysłu obronnego i kosmicznego.
Kryształy biogeniczne
W 2022 roku profesor Jolanta Prywer, została poproszona przez prestiżowe czasopismo Science do napisania artykułu o fascynujących obiektach naszego świata — kryształach biogenicznych.
Kryształy biogeniczne to kryształy, które rosną wewnątrz lub pod wpływem organizmów żywych. Ich formy są bardzo zróżnicowane, a proces ich wzrostu jest niezwykle złożony. Zrozumienie jak dochodzi do ich powstawania, jaką rolę spełniają w organizmach żywych oraz jakie mają własności fizyczne otworzy nam drogę do ich wykorzystania w różnorodnych zastosowaniach np. medycynie czy nawet walce z efektami zmian klimatycznych.
Artykuł autorstwa prof. dr hab. Jolanty Prywer ukazał się 14 kwietnia.
https://www.science.org/doi/abs/10.1126/science.abo2781
Także w 2022 roku ukazał się w czasopiśmie "Scientific Reports" inny artykuł prof. J. Prywer dyskutujący wpływ napojów gazowanych (np. typu cola), w których znajduje się kwas fosforowy, na rozwój infekcyjnych kamieni moczowych. W artykule analizowany jest wpływ kwasu fosforowego na zarodkowanie i wzrost kryształów struwitu, które są głównym komponentem infekcyjnych kamieni moczowych. Publikacja uzyskała duży odzew w mediach.
Zajęcia laboratoryjne i popularnonaukowe dla uczniów szkół średnich i podstawowych
W roku 2022 Instytut Fizyki PŁ przeprowadził 60 godzin zajęć laboratoryjnych w pracowni Podstaw Fizyki dla uczniów szkół średnich, w których uczestniczyło ponad 800 uczniów, przeprowadził 24 wykłady popularnonaukowe, w których uczestniczyło ponad 1000 uczniów, przeprowadził 16 godzin zajęć laboratoryjnych w pracowni Podstaw Fizyki dla uczniów szkół podstawowych, w których uczestniczyło ponad 200 uczniów. We wrześniu 2022 roku był współorganizatorem Tygodniu z Matematyką i Fizyka, który odbył się w IF. W Instytucie Fizyki odbywają się cykliczne co tygodniowe zajęcia dla uczniów Liceum Politechniki Łódzkiej. Od października 2022 roku w wyniku podjęcia współpracy z Liceum im. Kopernika z Łodzi w każdą środę odbywają się zajęcia: „Trening Olimpijski” z Fizyki dla uczniów szkół średnich, które maja na celu przygotowanie młodzieży do Olimpiady Fizycznej. W każdy piątek w wyniku współpracy IF z I Liceum im. Kopernika w Łodzi odbywają się zajęcia z fizyki i informatyki.