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

  • 2022 - 2025 Microfluidics Quantum Diamond Sensor (Mf-QDS) 2021/03/Y/ST3/00185 (QuantERA)
    Kierownik: dr Adam Wojciechowski
    Źródło finansowania/Financial source: QuantERA Call 2021 - NCN
    Opis projektu:
    The field of microfluidics has witnessed rapid growth in the recent years, and it is now ubiquitous in areas as diverse as biology, medicine, and chemistry. Today, microfluids are a paramount resource in blood testing, printing, and fuel cells, to cite but a few. The ability to estimate the main microfluid properties is crucial for the drug industry and in medicine where, for example, detection of free radicals in biological samples is critical to understanding processes such as the immune response.
    The most widespread platform, which has contributed to the greatest extent to the development of microfluidics is the Lab on a Chip approach to chemical and biological analysis. Since chips contain microfluid channels and integrated analysis tools, it is vital to have precise control over the physics of fluids in these microchannels. However, accumulating evidence has shown that the flow in these channels does not always obey macroscopic fluid laws, such as the no-slip boundary condition usually taken for granted when characterizing fluid properties. Though there have been advances in microscopic theory, a technology to accurately measure velocity has not yet been developed.
    This project presents a radically different approach to the measurement of velocity and diffusion properties in microfluid channels. Based on shallow Nitrogen Vacancy (NV) centers implanted in a diamond matrix positioned sufficiently close to the flowing liquid, we will use nano-NMR techniques to detect the statistical field produced by the nuclei in the vicinity of the NV. As the molecules flow through the channel, the magnetic noise induced in the NV fluctuates. Tracking these fluctuations as changes in the NV state will provide an unprecedented level of accuracy in terms of the velocity flow profile of the microfluid and its temperature, while making it possible to differentiate between several component species. None of these parameters can be achieved with current classical methods although they are vital for the next generation of microfluidic devices. We will design and implement an integrated tool containing the diamond with the NVs and microfluidic channels that can be exported to any microfluidic device, and provides a state of the art resolution capacity.
  • 2021 - 2024 Advanced optical magnetometry of vortices in unconventional... 2020/39/I/ST3/02322 (OPUS LAP)
    Kierownik: dr Adam Wojciechowski
    Źródło finansowania/Financial source: NCN
    Opis projektu:

    This project will be realized in collaboration between two groups at the Jagiellonian University in Kraków and at the Jožef Stefan Institute in Ljubljana. It aims at the joint study of cutting-edge problems in superconductivity using modern optical magnetometry techniques. This ambitious research is enabled by the synergy and complementing knowledge of both teams.

    We will use diamonds with nitrogen-vacancy colour centres, which are typically responsible for rose diamond colouring, as sensors for probing magnetic fields generated by the superconducting samples with a high-sensitivity and in a very detailed way. In particular, we will use with colour-centres’ spins inside nanodiamonds to achieve nanometric spatial resolution that will enable us to observe vortices in the superconductor. Our goal is to develop novel type of instrumentation that will foster versatile and robust optical magnetometry as an alternative approach for studies of condensed-matter systems at cryogenic temperatures.

    Our scientific motivation stems from the existence of many fundamental open-questions in the physics of unconventional superconductors, that is recently discovered materials in which superconductivity cannot be explained by the well-established BCS and Bogoliubov theories. For example, we will study properties of, so-called, topological superconductors (like β-PdBi2) and quasi-1D superconductors (A2Mo3As3, here A is an alkali metal). We are interested in imaging the presence of vortices and observing their so-called pinning and transitioning to a dynamic behaviour. In this way, we will determine vortex matter excitation spectrum and it will allow us to address the major open question on the origin of the Cooper pairing mechanisms in such unconventional superconductors. Finally, we anticipate this project will also shed some light onto the possibilities for practical applications of unconventional superconductors.

  • 2018 - 2021 Zero and Ultra-Low Field NMR Innovative Training Network Horizon 2020 ITN 766402
    Kierownik: dr hab. Szymon Pustelny
    Źródło finansowania/Financial source: European Union Horizon 2020
    Opis projektu:
     
     
    The goal of the European Training Network (ETN) ZULF is to develop, explore and apply methods of nuclear magnetic resonance (NMR) in the regime of zero and ultra-low magnetic fields (ZULFs). In contrast to conventional NMR, under such experimental conditions, the dynamics of nuclear systems is determined by intra- and intermolecular interactions and not by interaction with external magnetic fields. The project will be realized by a group of dedicated earlystage researchers (ESRs), who, through inter-disciplinary training and crosssectoral research activities, will combine results of several rapidly developing yet largely separated areas of modern science to provide NMR with new capabilities. The characteristics of the research programme are unique not only at the European but also global level. Therefor ETN ZULF will pursue a novel training scheme, combining the experience of world-leading experts in diverse fields and disciplines.
     
     
  • 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.
     

  • 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

  • 2019 - 2023 QUNNA: Quantum-effect-based Nanosensing and imaging: Novel glass-... TEAM-NET POIR.04.04.00-00-1644/18
    Kierownik: prof. dr hab. Wojciech Gawlik
    Źródło finansowania/Financial source: Fundacja na rzecz Nauki Polskiej
    Opis projektu:
    Celem projektu jest zastosowanie zjawisk z zakresu fizyki kwantowej do wdrożenia technologii opartej o wykorzystanie nanodiamentów do opracowania innowacyjnych sensorów znajdujących zastosowanie w badaniach optycznych oraz magnetycznych, elektronice oraz diagnostyce medycznej. Projekt ten realizowany będzie przez interdyscyplinarne konsorcjum, w skład którego wchodzą Uniwersytet Warszawski (lider), Uniwersytet Jagielloński, Politechnika Gdańska oraz Instytut Biotechnologii i Medycyny Molekularnej. Synergia czterech zespołów naukowych pozwoli na rozwój technologicznych platform z planarnymi matrycami szklanymi i strukturyzowanymi światłowodami z odpowiednio zorientowanymi defektami kwantowymi w diamencie. Umożliwi to wykorzystanie nieliniowej fotoniki oraz oddziaływań nano-magnetycznych do badania aktywności biologicznej. To nowatorskie połączenie metod nano-foto-magnetyczno-biologicznych, umożliwi lepsze poznanie i rozwinięcie możliwości spektroskopii, obrazowania i technik ultraszybkich wykorzystujących światło. Opracowane rozwiązania optoelektroniczne będą wdrażone do gospodarki i posłużą m.in. do diagnozowania chorób neurodegeneracyjnych i nowotworowych. 
  • 2017 - 2021 Nowe urządzenia fotoniczne i kwantowe wykorzystujące nieliniowe i... 2016/21/B/ST7/01430
    Kierownik: prof. dr hab. Wojciech Gawlik
    Źródło finansowania/Financial source: NCN Opus 11
  • 2016 - 2020 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.