Naukowiec otrzymał 850 tys. zł na badania nad nowym trybem działania laserów półprzewodnikowych. W projekcie wspierać go będzie światowej sławy fizyk, dr hab. Axel Pelster z RPTU Kaiserslautern-Landau. Tytuł projektu to: „Zrozumienie fundamentów fizycznych kondensatu Bosego-Einsteina fotonów w półprzewodnikowych mikrownękach optycznych”.

Wsparcie otrzymało w sumie 25 projektów z udziałem naukowców z Polski, Niemiec, Słowenii, Austrii, Szwajcarii i Czech. Polskim zespołom NCN przyznał niemal 43 mln zł. 850 tys. zł.

– Moje badania dotyczą nowego trybu działania laserów półprzewodnikowych, który odkryliśmy w ubiegłym roku na Politechnice Wrocławskiej –  wyjaśnia prof. Maciej Pieczarka. – Wykazaliśmy wtedy, że te dobrze znane urządzenia mogą działać w warunkach równowagi termodynamicznej, co przeczy klasycznemu rozumieniu akcji laserowej, która jest zjawiskiem nierównowagowym. Ten nowy tryb działania, czyli kondensacja Bosego-Einsteina fotonów w laserze, ma szereg niezbadanych właściwości, które chcemy eksplorować w nowym projekcie – dodaje fizyk.

dr hab. inż. Maciej Pieczarka, prof. uczelni, Katedra Fizyki Doświadczalnej

Projekt, o akronimie UBISM, będzie prowadzić wspólnie z dr. hab. Axelem Pelsterem z RPTU Kaiserslautern-Landau, który jest współautorem odkrycia opisanego w prestiżowym czasopiśmie „Nature Photonics”.

– To światowej sławy fizyk teoretyk, na co dzień zajmujący się teorią układów wielu cząstek, m.in. ultrazimnymi gazami kwantowymi, w tym kondensatami fotonów –  mówi prof. Pieczarka.

Dr Pelster będzie prowadzić badania teoretyczne w synergii z eksperymentem prowadzonym przez naszych naukowców, którzy spróbują wspólnie wyznaczyć kluczowe parametry i zjawiska konieczne do zbudowania komplementarnej teorii kwantowej.

– Mamy nadzieję zbudować pełne zrozumienie kondensatów światła w laserach półprzewodnikowych, zbadać ich podobieństwa i różnice od zwykłych laserów oraz wykazać, iż kondensaty fotonów w takich urządzeniach mogą być rozumiane jako gazy oddziałujących bozonów, które mogą wykazywać właściwości nadciekłe – dodaje prof. Pieczarka.

Nasza uczelnia jest też częścią konsorcjum, które otrzymało finansowanie NCN na projekt „Przezroczysta optoelektronika w podczerwieni”. Kieruje nim prof. Tomasz Czyszanowski z Politechniki Łódzkiej, a oprócz naszej uczelni bierze w nim udział także Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Mikroelektroniki i Fotoniki. Łączna kwota przyznana przez NCN na ten projekt to 1,6 mln zł. Będzie on realizowany we współpracy z Uniwersytetem w Würzburgu z grupą profesora Svena Höflinga. Ze strony PWr kierownikiem projektu jest dr hab. inż. Marcin Motyka, prof. uczelni z WPPT.

– Współczesna technologia optoelektroniczna w wielu zastosowaniach wykorzystuje przezroczyste elektrody przewodzące, umożliwiające jednoczesny przepływ prądu elektrycznego i transmisję światła – mówi prof. Motyka. – Przykładem takiej elektrody jest powierzchnia ekranu telefonu komórkowego, która jednocześnie przepuszcza światło i przewodzi prąd, dzięki czemu reaguje na dotyk.

Aby uzyskać wysoką przewodność elektryczną, elektrody muszą zawierać dużą liczbę swobodnych elektronów odpowiedzialnych za transport ładunku. Zwiększenie ich liczby prowadzi jednak do ograniczenia zdolności materiału do przepuszczania światła. Metale, choć cechują się znakomitą przewodnością, są z tego powodu nieprzezroczyste. Ten kompromis między przewodnością elektryczną a transmisją optyczną stanowi fundamentalny, wciąż nierozwiązany problem naukowy i technologiczny. W przypadku światła podczerwonego konflikt między przewodnością a przezroczystością staje się jeszcze trudniejszy do pogodzenia, co stanowi poważną barierę w opracowaniu przezroczystych elektrod działających w tym zakresie widma.

– Głównym celem projektu badawczego jest wyeliminowanie konieczności tego kompromisu poprzez zastosowanie półprzewodnikowej siatki dyfrakcyjnej zintegrowanej z metalem – mówi prof. Motyka. – Takie struktury, określane jako metal MHCG, mogą umożliwić tworzenie urządzeń optoelektronicznych przezroczystych dla światła podczerwonego. Rozwiązanie to pozwoli zwiększyć efektywność źródeł promieniowania podczerwonego oraz fotodetektorów czułych na ten zakres widma, otwierając drogę do rozwoju licznych zastosowań, które dotąd pozostawały poza zasięgiem praktycznej realizacji – dodaje naukowiec z PWr. 

Prof. Marcin Motyka zajmie się w projekcie badaniami spektroskopowymi mającymi na celu weryfikację parametrów optycznych, wytwarzanych w ścisłej synergii między wzrostem a technologią trawienia siatek MHCG oraz parametrów pracy finalnych urządzeń.