Naukowcy z Wojskowej Akademii Technicznej wezmą udział w projekcie poszerzającej granice wiedzy w fizyce materii skondensowanej i optyce kwantowej, który może zmienić sposób rozumienia i wykorzystania światła. Narodowe Centrum Nauki (NCN) przeznaczy na ten cel ponad 2.7 mln złotych.
Projekt „Przestrajalne struktury fotoniczne naśladujące niskowymiarowe układy półprzewodnikowe” zostanie sfinansowany w ramach konkursu OPUS 26. Będzie on realizowany w konsorcjum Uniwersytetu Warszawskiego (UW) i Wojskowej Akademii Technicznej.
Naukowcy zbadają kwazicząstki światła: fotony uwięzione w dwuwymiarowych wnękach optycznych, które naśladują masywne elektrony ze spinem. W dotychczasowych pracach opublikowanych m.in. w czasopismach takich jak „Science”, „Physical Review Letters” i „Nature Communications” grupa kierowana przez prof. Jacka Szczytko z UW pokazała efekty sprzężenia spin-orbita, zjawiska anihilacji punktów topologicznych, analog spinowego efektu Halla, uporządkowania ferromagnetyków oraz zaprezentowała przestrajalny laser i spolaryzowaną kołowo akcję laserową, na co uzyskała patent europejski.
Badania były prowadzone w ścisłej współpracy z naukowcami WAT, w zespole kierowanym przez prof. Wiktora Piecka, z Wydziału Nowych Technologii i Chemii WAT. W Zakładzie Fizyki i Technologii Kryształów WAT opracowano unikalną w świecie technologię wytwarzania przestrajalnych mikrownęk optycznych, których właściwości są precyzyjnie strojone z wykorzystaniem zamkniętego wewnątrz wnęki, unikalnego materiału ciekłokrystalicznego opracowanego w zespole Zakładu Chemii WAT, kierowanym przez prof. Przemysława Kulę.
Opracowana w WAT technologia wytwarzania struktur optycznych umożliwia kondesację fotonów w obszarze mikrownęki, przy jednoczesnym, ultraprecyzyjnym strojeniu jej właściwości anizotropowych. Precyzyjne strojenie modów, odbywające się za pomocą podatnej na sterowanie polem elektrycznym struktury ciekłokrystalicznej, pozwoliło stworzyć nową, unikatową platformę do badania właściwości światła silnie skondensowanego we wnęce.
Możliwości przestrajania wnęki w nieosiągalnym do tej pory zakresie, i przez to możliwości obserwacji oddziaływania na siebie różnych modów rezonansowych daje unikatowe możliwości badawcze w obszarze mikrofotoniki i przynosi obserwacje szeregu zjawisk fizycznych związanych z oddziaływaniem fotonów. W wykonanych w WAT wnękach dokonano m.in. obserwacji zjawisk dotyczących światła, mających swe analogi w strukturach półprzewodnikowych.
We wrześniu 2024 r., w ramach wspólnego projektu, rozpoczną się badania dotyczące fotonicznych układów niskowymiarowych (czyli 2, 1 i 0 wymiarowych), wytworzonych przez samoorganizację i spontaniczne tworzenie struktur w ciekłych kryształach, które to struktury będą opracowane w WAT w grupie prof. Wiktora Piecka. Naukowcy mają w planach obserwacje m.in. ultraciężkich lub ultralekkich kwazicząstek fotonicznych, mających swoje dalekie analogi do tych występujących w kryształach w fizyce ciała stałego. Konsorcjum UW-WAT zbada, w jaki sposób oddziaływanie spin-orbita modyfikuje tzw. strukturę pasmową i wpływa na rozkład fotonów we wnęce.
„W ramach grantu OPUS 26 planujemy istotne wzmocnienie infrastruktury WAT w zakresie precyzyjnego napylania struktur optycznych. Ambitnym zadaniem wpisanym w projekt będzie zastosowanie przestrajalnych wnęk optycznych w optyce kwantowej” – mówi dr hab. inż. Wiktor Piecek, prof. WAT.
W ramach badań przeprowadzone zostaną eksperymenty na pojedynczych fotonach na tzw. nieseparowalnych stanach optycznych odkrytych dwa lata temu oraz sprawdzone zostaną tzw. nierówności Bella. Konsorcjum naukowców podejmie próby wykorzystania mikrownęk ciekłokrystalicznych w protokołach kwantowych.
oprac. Marcin Wrzos