Research projects

The projects conducted in the Photonics Deaprtment are financed both by the national institutions, like the National Science Center, and by the international ones, like EU or NATO. Below, we present the recently realized projects and grants. 

Details about the particular project can be accessed after clicking on the title of the project.

 

Projekty międzynarodowe/International projects

  • 2016 - 2018 Highly sensitive diamond and carborundum nano-sensors and bio-... ERA.Net RUS Plus
    Kierownik: prof. dr hab. Wojciech Gawlik
    Źródło finansowania/Financial source: UE
    Opis projektu:

    2016-2018 projekt EU ERA.Net RUS Plus S&T

     

    Highly sensitive diamond and carborundum nano-sensors

    and bio-markers with NIR optical addressability

    Celem projektu są badania doświadczalne zmierzające do rozwoju:

       1 ) metod mikrofalowej i optycznej spektroskopii centrów barwnych

       2 ) hybrydowych czujników wykorzystujących mikrostrukturalne włókna optyczne

       3 ) sposobów charakteryzacji nanokrystalitów diamentowych otrzymywanych metodą PE MW CVD

     

     W badaniach zmierzających do rozwoju nowych metod obrazowania biomedycznego stosujemy próbki diamentowe oraz diamentopodobne zawierające paramagnetyczne centra barwne. Odpowiednie promieniowanie optyczne wzbudza te centra  i kreuje w nich polaryzację spinową, która jest następnie badana metodami spektroskopii mikrofalowej (ESR) i optycznej.

     

    Dodatkowych informacji udziela prof. dr hab. Wojciech Gawlik

     

     

    2016-2018 projekt EU ERA.Net RUS Plus S&T

     

    Highly sensitive diamond and carborundum nano-sensors

    and bio-markers with NIR optical addressability

     

          The project’s aims at development of:

          1 ) novel methods of microwave and optical spectroscopy of colour centers in diamond

          2 ) hybrid photonic sensors based on microstructured optical fibres

          3 ) characterization of diamond nanocrystals obtained with the PE MW CVD method

     

    In our project which aims at development of novel methods of bio-medical imaging we work with diamond and diamond-like samples containing paramagnetic colour centres. Appropriate optical radiation excites      the samples and creates their spin polarization, which is investigated by microwave and optical spectroscopy.

     

    For additional information please contact with prof. Wojciech Gawlik

     

     

     

     

  • 2012 - 2014 Central European Network for knowledge based on Innovative Light... CENTRAL EUROPE project 4CE514CE517P1
    Kierownik: Giovanni De Ninno (Elettra - Sincrotrone Trieste, Italy)
    Źródło finansowania/Financial source: Operational Programme CENTRAL EUROPE
    Opis projektu:

    Innovative light sources (ILS’s), are among the most powerful tools for exploring the inner properties of matter. The knowledge of matter’s properties allows in turn to envisage novel applications in a large variety of scientific and technological fields. Centres hosting ILS’s are crossroads between fundamental science, state-of-the-art technology, high-level education and training, and business sectors. Therefore they provide a formidable environment for human capital development. Considering the Programme Area covered by the Central Europe initiative, one can notice that not all the participating regions are presently able to take full advantage of the great potential offered by the development and use of ILS’s. A further important issue that the project will address is the current lack of tight connection between research and industrial applications relying on ILS’s. As a general objective, the project aims at exploiting the knowledge generated by ILS’s for fostering human capital in the whole Programme Area. Project’s actions will contribute to strengthen territorial cohesion, enhancing the competitiveness of less favoured regions. In this respect, project’s implementation will contribute to fill the gap between different countries of the Programme Area, by favouring new regional innovation systems in all involved Regions. 


    Project’s specific objective is to create a transnational network of universities, laboratories and business entities, which will promote an effective use and a rational development of ILS’s in the Central Europe Programme Area. Centres hosting ILS’s have an inborn transnational vocation: the design, construction and use of an ILS are indeed always the result of international collaborations. Therefore, the achievement of the project’s specific objective requires a trans-national approach. Project's partnership involves two laboratories (Sincrotrone Trieste, Italy; Max Planck Institute, Germany), two universities (University of Nova Gorica and University of Krakow), a public foundation for the development of industry (IFKA, Hungary) and a private institute gathering experts in regional development, innovation and education (ERA, Czech Republic). Sincrotrone Trieste and Max Planck have worldwide recognized expertises in developing and using ILS’s. Sincrotrone Trieste (project’s LP) has an outstanding experience in leading international projects. The universities of Nova Gorica and Krakow are building new centres based on the use of ILS’s. The partners IFKA and ERA will contribute to insure application and transfer of knowledge based on the development and use of ILS’s. The project will develop through five WPs. The WP1 and WP2 will focus, respectively, on project management and communication. In the framework of WP3, a survey of the state-of-the-art of ILS’s in the whole  Programme Area will be carried out.


    The outcome of this investigation will allow to select a "Principal Target Group" (PTG), made of scientists, engineers, technicians, entrepreneurs, students and professors coming from all Central-Europe Regions. The training of the PTG will take place through the pilot actions that will be carried out within WP4. The latter will combine the cutting-edge of science and technology, and will be tightly connected to industrial applications. The results of pilot actions will be exploited by the project's partners and the PTG in the framework of WP5 (data analysis and publication, preparation of proposals to gain access to the use of beamtime of ILS’s available at partners’ laboratories). Two workshops are foreseen in the framework of WP3 and WP5. Project’s main expected results are the following: 1) creation of a network of universities and laboratories cooperating at the development and training of human capital, produced by the implementation of ILS's; 2) enhancement of accessibility for target groups to partners’ centres.
     

  • 2009 - 2013 Coherently prepared media - novel properties and applications TEAM
    Kierownik: Wojciech Gawlik
    Źródło finansowania/Financial source: Fundacja na rzecz Nauki Polskiej
  • 2008 - 2011 Direct monitoring of strain for protection of historic textiles and... PL0267
    Kierownik: dr hab. Krzysztof Dzierżęga
    Źródło finansowania/Financial source: Mechanizm Finansowy Europejskiego Obszaru Gospodarczego
    Podsumowanie wyników projektu
    Opis projektu:

    Głównym celem projektu było wprowadzenie do konserwacji tkanin nowoczesnej i nieniszczącej metody detekcji ich zagrożeń fizyczno-mechanicznych wykorzystującej czujniki światłowodowe z tak zwanymi siatkami Bragga (SSB).
    Powstały system pomiarowy pozwala w sposób bezpośredni, precyzyjny i lokalny śledzić odkształcenia i deformacje zabytkowych tkanin i podobrazi w rzeczywistych warunkach ekspozycji, przechowywania i transportu. Co ważne, sposób  integracji samej głowicy czujnika z obiektem, w większości przypadków, nie prowadzi do jakichkolwiek uszkodzeń obiektu ani w czasie jej montażu/demontażu ani w trakcie pomiarów, a także pozwala na wielokrotne użycie samej głowicy. Ponadto, system ten został zintegrowany z ogólnym systemem monitorowania środowiska jaki działa w muzeum. Umożliwia to obrazowanie wyników, analizę rejestrowanego sygnału w czasie rzeczywistym i powiązanie ewentualnych zagrożeń z czynnikami klimatycznymi.

    Przeprowadzone w ramach projektu badania pozwoliły na uzyskanie nowatorskich w skali światowej wyników, w szczególności osiągnięto następujące istotne efekty:



    • opracowano i wprowadzono do diagnostyki zagrożeń tekstylnych obiektów zabytkowych i podobrazi płóciennych nową metodę ilościowego i lokalnego pomiaru odkształceń, deformacji i uszkodzeń

    • powstała nowa wiedza, która już niedługo (publikacje wysłane do redakcji i w przygotowaniu) będzie przedmiotem publikacji w najlepszych czasopismach w dziedzinie badań nad konserwacją zabytków Studies in Conservation, pismach o ugruntowanej pozycji z dziedziny technologii pomiaru oraz prezentacji na międzynarodowych konferencjach z dziedzin fizyki, chemii i konserwacji

    • wyznaczone zostały ilościowe kryteria oceny różnych metod prewencji konserwatorskiej i ekspozycji tkanin

    • wyniki projektu otworzyły perspektywę lepszej opieki nad zabytkami poprzez podniesienie świadomości zagrożeń u opiekunów zabytków i konserwatorów

    • ilościowe określenie wartości bezpiecznych wahań wilgotności względnej otwarło perspektywę optymalizacji zarządzania kontrolą klimatu w muzeach a tym samym oszczędności energii i zmniejszenia emisji dwutlenku węgla

    • wskazanie silnej zależności między zawartością lotnych substancji organicznych, będących produktem degradacji jedwabiu a prędkością degradacji, postawiło kilka znaków zapytania nad zasadnością wykorzystania atmosfery beztlenowej do ochrony jedwabnych obiektów
  • 1998 - 2010 Laboratorium Krakowsko-Berkeleyowskie L-K-B
    Kierownik: -
    Źródło finansowania/Financial source: -
    Opis projektu:

    Od 1998 roku fizycy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley (UCB) oraz Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie (UJ) współpracują w łączonych projektach badawczych w zakresie fizyki atomowej i fotoniki. Współpraca obfituje w wymiany studentów i pracowników naukowych. Grupa prof. Dmitry Budkera z UCB, wraz z grupą prof. Wojciecha Gawlika otrzymały szereg międzynarodowych grantów na prowadzenie wspólnych badań. Dotychczasowa współpraca zaoowocowała wieloma publikacjami nauowkymi oraz wymianą doświadczeń i know-how pomiędzy pracownikami, doktorantami i studentami obu uniwersytetów.

Projekty krajowe/National projects

  • 2016 - 2019 Nowe eksploracje wiązań w dwuatomowych molekułach van der Waalsa:... OPUS 9. UMO-2015/17/B/ST4/04016
    Kierownik: prof. dr hab. Jarosław Koperski
    Źródło finansowania/Financial source: Narodowe Centrum Nauki
    Opis projektu:

    Nowe eksploracje wiązań w dwuatomowych molekułach van der Waalsa: wysoko-rozdzielcza spektroskopia rotacyjna a zaawansowane obliczenia ab initio - w poszukiwaniu źródeł rozbieżności

    Projekt proponuje nowe doświadczalne badania rotacji (a więc efektu od rotujących jąder atomowych, mającego wpływ na oddziaływanie między atomami) w dwuatomowych molekułach vdW, prowadzone z wysoką zdolnością rozdzielczą, czyli taką, która pozwoli na zarejestrowanie najbardziej subtelnych energetycznych struktur molekularnych. Badania doświadczalne  wspomagane będą obliczeniami ab initio. Otrzymane wyniki przyczynią się do poznania właściwości wiązań molekularnych, umożliwią niekompletną klasyfikację potencjałów międzyatomowych podstawowych oraz nisko- i wysoko-wzbudzonych (rydergowskich) stanów elektronowych w molekułach tworzonych przez dwa atomy, które w stanie podstawowym mają całkowicie wypełnione powłoki elektronowe. 

    Wyniki projektu przyczynią się do zrozumienia i (być może) wyjaśnienia ciągle istniejącej dużej niezgodności potencjałów otrzymywanych doświadczalnie z potencjałami obliczanymi metodami ab initio. W założeniach projektu zakłada się, że nowe, precyzyjnie wyznaczone potencjały doświadczalne i wyniki nowych, zaawansowanych obliczeń ab initio opartych na metodach chemii kwantowej, stanowić będą wzajemnie stymulujące się źródła informacji prowadzące do pełnej klasyfikacji oddziaływań w molekułach vdW. Przyczynią się do interpretacji nieregularności potencjałów. Pomogą wprowadzić systematykę oddziaływań vdW, które można uporządkować biorąc pod uwagę rodzaj i stopień wzbudzenia oddziałujących atomów tworzących molekułę.

  • 2013 - 2016 Koherencje kwantowe w gazach atomowych 2012/07/B/ST2/00251
    Kierownik: Prof. dr hab. Wojciech Gawlik
    Źródło finansowania/Financial source: Narodowe Centrum Nauki
  • 2012 - 2015 Ocena efektów dezynfekcji archiwaliów plazmą niskotemperaturową K/PBO/000122
    Kierownik: dr hab. Tomasz Łojewski (Wydz. Chemii UJ)
    Źródło finansowania/Financial source: Narodowe Centrum Nauki
    Opis projektu:

    Od lat w wielu krajach prowadzone są prace, które mają rozwiązać trudny problem likwidowania skażeń biologicznych w zbiorach zabytkowych, muzealnych i archiwalnych. Celuloza jest materiałem intensywnie rozkładanym przez wiele mikroorganizmów, co może prowadzić do ogromnych strat w kolekcjach. Szczególnie trudnym wyzwaniem jest przeprowadzanie dezynfekcji w zbiorach archiwalnych i muzealnych, w których występuje ogromne zróżnicowanie materiałów kryjących (atramenty, tusze, itp.).
    Głównym celem projektu jest opracowanie nowej metody likwidowania skażeń mikrobiologicznych z wykorzystaniem techniki plazmy nietermicznej/nierównowagowej przy zachowaniu parametrów fizykochemicznych papieru i nośników pisma oraz charakteryzacja efektów jej stosowania w zbiorach archiwalnych. Porównanie dotychczas stosowanych metod dezynfekcyjnych z metodą plazmy nietermicznej pozwoli na świadomy wybór rodzaju dezynfekcji. Analiza zalet i wad poszczególnych metod dezynfekcyjnych, umożliwi wybór skutecznej i bezpiecznej metody dezynfekcji w zależności od składu i stanu zachowania obiektu oraz rodzaju i wielkości skażenia.
    Istotnym wynikiem projektu będzie opracowanie metody dezynfekcji dla pojedynczych arkuszy papieru z wykorzystaniem plazmy nietermicznej/nierównowagowej. Badania własności źródła plazmowego obejmą szeroki zakres zmiennych wpływających na parametry plazmy – skład gazu roboczego i szybkość jego przepływu, częstość i amplitudę prądu zasilania, konfigurację elektrod. Efektem projektu będzie powstanie bazy danych pozwalających na ocenę skuteczności dezynfekcji typowych rodzajów papieru występujących w zbiorach archiwów i bibliotek, zakażonych kilkoma gatunkami bakterii i grzybów strzępkowych najczęściej hodowanych z materiałów archiwalnych. Otrzymane rezultaty zostaną porównane z wynikami uzyskanymi dla tych samych próbek dezynfekowanych metodą EtO szeroko stosowaną w dezynfekcji masowej. Badania prowadzone w ramach projektu pozwolą na kompleksowy opis wpływu ekspozycji w reaktorze plazmowym na własności fizykochemiczne, optyczne i mechaniczne badanych rodzajów papieru i szerokiego spektrum nośników pisma w perspektywie krótko- i długoterminowej.
    Badania mikrobiologiczne prowadzone będą w oparciu o mikroorganizmy wyizolowane z materiałów bibliotecznych, które zostaną poddane analizom molekularnym (sekwencjonowanie DNA). Ocena aktywności grzybni, w tym enzymatycznej, pozwoli na zbadanie procesów zachodzących na skutek działania plazmy. Wybrane gatunki grzybów i bakterii zostaną przetestowane w celu opracowania prostej metody oceny efektywności procesu dezynfekcji za pomocą plazmy nietermicznej.

  • 2011 - 2015 Od molekularnej rotacji do splątania atomów: wiązka naddźwiękowa a... OPUS1. UMO-2011/01/B/ST2/00495
    Kierownik: prof. dr hab. Jarosław Koperski
    Źródło finansowania/Financial source: Narodowe Centrum Nauki
    Opis projektu:

    Od molekularnej rotacji do splątania atomów: wiązka naddźwiękowa a testy nierówności Bella dla atomów

    Celem nadrzędnym projektu jest zbadanie rotacyjnej struktury energetycznej wybranej cząsteczki dwuatomowej, a następnie wytworzenie i zbadanie kwantowego splątania dwóch atomów (test: nierówność Bella) wykreowanego w akcie jej selektywnej dysocjacji. Projekt jest przedsięwzięciem teoretyczno-doświadczalnym i dotyczy badań podstawowych w dziedzinie fizyki atomowej i molekularnej, optyki kwantowej i przetwarzania informacji kwantowej z możliwością ich praktycznego zastosowania w przyszłości. 

    W części teoretycznej badania polegać będą na wykonaniu obliczeń ab initio potencjałów elektronowych stanów wzbudzonych i stanu podstawowego molekuł Cd2 i Hg2, dipolowych momentów przejść elektronowych i symulacji profili widm wzbudzenia w laserowo indukowanej fluorescencji (LIF), ze szczególnym uwzględnieniem struktur rotacyjnych w przejściach typu singlet-singlet (np. A10u+←X10g+) i tryplet-singlet (np. D31u←X10g+). Wykorzystując te same przejścia elektronowe w Cd2 i Hg2, przeprowadzi się również symulacje dyspersyjnych widm emisyjnych w LIF, przy założeniu różnego stopnia odpychania w elektronowym stanie podstawowym. Wyniki części teoretycznej wytyczą kierunek prac w części doświadczalnej wskazując molekułę (Cd2 lub Hg2), która stanie się obiektem dalszych badań. 

    W części doświadczalnej prace koncentrować się będą na dwóch aspektach: 
    a) laserowej spektroskopii molekularnej prowadzonej z rotacyjną zdolnością rozdzielczą oraz 
    b) badaniach splątania między atomami powstałymi w wyniku kontrolowanej dysocjacji dwuatomowych molekuł homojądrowych. Wykorzystując technikę wiązki naddźwiękowej i metody spektroskopii laserowej (widma wzbudzenia i widma dyspersyjne) dążyć się będzie do dokładnego poznania energetycznych struktur rotacyjnych wybranych przejść elektronowych typu singlet-singlet (np. A10u+←X10g+) lub tryplet-singlet (np. D31u←X10g+), odpowiednio w Cd2 lub Hg2, oraz do dokładnego określenia kształtu odpychającej części potencjału stanu podstawowego Cd2 lub Hg2. Obie informacje będą niezbędne do prawidłowej realizacji procesu wymuszonego przejścia ramanowskiego (ang. stimulated Raman transition, STIRAT) prowadzącego do kreacji kwantowego splątania pomiędzy atomami posiadającymi antyrównoległe rzuty jądrowego momentu pędu w pojedynczym akcie dysocjacji molekuły. Diagnoza stanu splątania polegać będzie na pomiarze koincydencji pojawienia się dwóch atomów o antyrównoległych rzutach jądrowego moment pędu w oddalonych od siebie detektorach zlokalizowanych w tzw. płaszczyznach detekcji, za pomocą selektywnego procesu dwustopniowego wzbudzenia i jonizacji (ang. spin state selective two-photon excitation-ionization, TPEI).  

  • 2009 - 2012 Badanie plazmy indukowanej laserowo metodami spektroskopii emisyjnej... N N202 031136
    Kierownik: dr hab. Krzysztof Dzierżęga
    Źródło finansowania/Financial source: Narodowe Centrum Nauki
    Sprawozdanie z realizacji grantu
    Opis projektu:

    Projekt dotyczy badania własności plazmy indukowanej laserowo szeroko stosowanej w nanotechnologii, obróbce materiałów czy analizie materiałowej. W szczególności, z uwagi na dominującą rolę elektronów w procesach wzbudzenia, rekombinacji i jonizacji, istotnym jest zbadanie ich dynamiki i rozkładu przestrzennego, a także temperatur poszczególnych rodzajów cząstek tworzących tego typu plazmę. 

    W naszych badaniach stosować będziemy takie techniki laserowe jak ropraszanie Thomsona - celem wyznaczenia gęstości i temperatury elektronów, rozpraszanie Rayleigha - w celu wyznaczenia koncentracji cząstek ciężkich i obrazowania powstającej w plazmie fali uderzeniowej, czy rozpraszanie Ramana. Mamy nadzieję, że wyniki naszych prac przyczynią się do lepszego zrozumienia procesów zachodząccyh w plazmie laserowej, określenia stanu jej równowagi termicznej, w konsekwencji do poprawy czułuści i dokładności metody plazmy indukowanej laserowo jako techniki analizy skłau materiałów.