Projekty badawcze

Projekty krajowe/National projects

• 2016 - 2020 Magnetyczny rezonans jądrowy w bardzo słabym a nawet zerowym polu... 2015/19/B/ST2/02129
  Kierownik: dr Szymon Pustelny
  Źródło finansowania/Financial source: Narodowe Centrum Nauki
  Opis projektu:

  Celem niniejsze projektu jest opracowanie nowej techniki pomiarów magnetycznego rezonansu
  jądrowego (MRJ) w bardzo słabym lub wprost zerowym polu magnetycznym. Zadaniem projektu
  jest jednak nie tylko opracowanie samej metody, ale również demonstracja szeregu jej zastosowań w
  pomiarach podstawowych w tym w poszukiwania wciąż nieodkrytych dalekozasięgowych
  niemagnetycznych sprzężeń spinowych oraz badaniach dynamiki i struktury molekularnej w
  warunkach eksperymentalnych nieosiągalnych dotychczas dla MRJ.

  Dotychczasowe badania przy wykorzystaniu MRJ prowadzone były w bardzo silnych polach
  magnetycznych (>1 T). Pomiary w takich polach implikowane były przez w przybliżeniu kwadratową
  zależnością amplitudy obserwowanych sygnałów od indukcji zewnętrznego pola magnetycznego.
  Jednocześnie sama specyfika pomiarów MRJ wymagała bardzo wysokiej jednorodności tych pól.
  Stawia to bardzo duże wymagania techniczne przed metodą, co komplikuje pomiary, a urządzenia, w
  których jest ona wykorzystywana czyni drogimi i niemobilnymi. Z tego też względu, idea pomiarów w
  dużo słabszych polach pozostawała w obszarze zainteresować społeczności MRJ od dłuższego czasu.
  Pomiary takie nie były jednak do niedawna możliwe.

  Wspomniana wyżej zależność amplituda sygnału MRJ – amplituda pola magnetycznego jest z jednej
  strony skutkiem zastosowania polaryzacji termicznej próbki (polaryzacja skaluje się liniowo z indukcją
  pola), z drugiej zaś strony z indukcyjną detekcją sygnałów MRJ (wyższe pole – szybsza precesja spinów
  – szybsza zmiana pola – wyższa czułość). Chcąc zatem prowadzić badania w ramach zeropolowego
  MRJ niezbędne jest rozwiązanie obu problemów. W ramach niniejszego projektu problemy te
  planujemy zaadresować przez (a) prepolaryzację próbki oraz (b) zastąpienie detekcji indukcyjnej
  magnetometrią optyczną. W układzie takim badana próbka początkowo podlegać będzie
  prepolaryzacji w polu magnesu stałego (2 T), a następnie pneumatycznego transportowana będzie do
  obszaru detekcyjnego, tj. obszaru zerowego pola magnetycznego. W taki sposób silne pole
  magnetyczne, które nie musimy być jednorodne, aplikowane jest do próbki podczas jej polaryzacji, zaś
  sam pomiar odbywają się w bardzo dobrze kontrolowanym słabym/zerowym polu magnetycznym.
  Podstawową zaletą spektroskopową MRJ jest istnienie przesunięcia chemicznego, które m.in. pozwala
  na badanie struktury i topologii molekuł. W zerowym polu magnetycznym przesunięcie chemiczne
  jednak znika. Tym niemniej sam MRJ nie tracie przez to swoich możliwości analitycznych, ponieważ
  w tak słabych polach dominującym staje się oddziaływanie typu J, będące oddziaływaniem spin
  jądrowy – spin jądrowy mediowanym przez elektron. To właśnie natura tego oddziaływania sprawia, że
  pomiar zeropolowego MRJ dostarcza bardzo istotnych informacji analitycznych o molekule.

  Bardzo ważnymi zaletami zeropolowego MRJ jest ultrawąska szerokość rejestrowanych rezonansów
  (rzędu 10 mHz) oraz rejestracja informacji o oddziaływaniu typu J pomiędzy wszystkimi jądrami
  jednocześnie. Umożliwia to uzyskanie bardzo precyzyjnej informacji o molekule np. detekcję zmian
  wewnątrzmolekularnych, pomiar zmian w oddziaływaniach międzymolekularnych (wywołanych
  m.in. przez zmianę czynników środowiskowych) czy wykrycie zmian wywołanych zewnętrznymi
  polami (np. polem magnetycznym czy hipotetycznym oddziaływaniem niemagnetycznym). W ramach
  projektu planujemy wykorzystać opracowaną technikę do badań strukturalnych, konformalnych i
  funkcjonalnych molekuł. W szczególności planujemy stworzyć „bibliotekę” widma zeropolowego
  MRJ pozwalającą na rozpoznawanie substancji chemicznych, w tym ciekłych materiałów
  wybuchowych. Planujemy w końcu podjąć szereg badań podstawowych w ramach fizyki
  (poszukiwania anomalnych sprzężeń spinowych) oraz chemii (pomiar przesunięcia chemicznego
  w zerowym polu magnetycznym). Warto w końcu zwrócić uwagę, że jedną z podstawowych zalet
  opracowanej metody będzie otwarcie nowych możliwości badań w ramach dobrze ukonstytuowanej
  techniki, jaką jest MRJ.

• 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 - 2013 Coherently prepared media - novel properties and applications TEAM
  Kierownik: Wojciech Gawlik
  Źródło finansowania/Financial source: Fundacja na rzecz Nauki Polskiej
• 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
  Final report for MNiSW.pdf
  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.

• 2009 - 2011 Nieliniowe efekty magnetooptyczne w zimnych atomach rubidu N N202 046337
  Kierownik: Adam Wojciechowski
  Źródło finansowania/Financial source: NCN

• - 2014 Badanie własności plazmy indukowanej laserowo w konfiguracji dwóch impulsów rozdzielonych w czasie, NCN 2011/01/N/ST2/05107
• - 2014 Rozpraszanie światła laserowego w diagnostyce plazmy typu LIBS; Etiuda NCN 2013/08/T/ST2/00062
• - 2013 Spektroskopia cieczy i gazów w światłowodach mikrostrukturalnych, NCN 2011/01/N/ST2/02391