Europejska Rada ds. Badań Naukowych rozstrzygnęła trzeci już w tym roku konkurs. Po wyłonieniu laureatów ERC Starting Grants i ERC Consolidator Grants poznaliśmy właśnie zdobywców ERC Advanced Grants. To konkurs dla doświadczonych naukowców, o uznanym już dorobku. Finansowanie o łącznej wartości 624,6 mln euro trafi do 253 uczonych. W tym gronie jest jeden Polak – prof. Wojciech Knap z Instytutu Wysokich Ciśnień Polskiej Akademii Nauk, który będzie prowadził badania w ramach projektu „Towards On-Chip Plasmonic Amplifiers of THz Radiation”.

 

Knap
Prof. Wojciech Knap

 

Promieniowanie terahercowe (THz) to fale umiejscowione w zakresie częstotliwości leżącym pomiędzy mikrofalami a promieniowaniem podczerwonym. Oznacza to, że częstotliwości 1 THz odpowiada długość fali około 0,3 mm i z tego względu fale terahercowe nazywane są także falami submilimetrowymi. Dotychczas były one wykorzystywane sporadycznie, jedynie przez astronomów do obserwacji odległych zakątków wszechświata. Jednak  promieniowanie terahercowe nadaje się również m.in. do prześwietleń i analizy składu wielu materiałów (jak plastik, papier, tkaniny, drewno) oraz do szybkiego przekazywania informacji – szybszego niż obecnie 4G. Przyszłe technologie 5G i 6G komunikacji bezprzewodowych będą używały fal terahercowych jako nośników informacji.

 

Potencjał aplikacyjny fal THz wynika z ich bardzo interesujących właściwości, np. z łatwości przenikania przez większość materiałów niemetalicznych. W przeciwieństwie do promieniowania rentgenowskiego i ultrafioletowego, nie są one szkodliwe dla ludzi i zwierząt, a ponadto rozprzestrzeniają się w powietrzu, zapewniając wizję w trudnych warunkach atmosferycznych lub przenosząc ogromną ilość informacji. Dlatego w wielu warunkach mogą zastąpić promieniowanie rentgenowskie lub prowadzić do całkowicie nowych zastosowań – przekonuje prof. dr hab. Wojciech Knap, od 2018 roku kierownik Centrum Badań i Zastosowań Terahercowych CENTERA w Warszawie, utworzonym w ramach programu Międzynarodowe Agendy Badawcze Fundacji na rzecz Nauki Polskiej.

 

Aby wprowadzić technologie THz na szeroki rynek, CENTERA (działająca w Instytucie Wysokich Ciśnień PAN) prowadzi interdyscyplinarne badania nad możliwościami generowania, emitowania, przetwarzania i odbierania fal THz przez systemy oparte na znanych i tanich technologiach urządzeń półprzewodnikowych (jak tranzystory i układy scalone).

Fale THz oferują wiele nowych możliwości, ale przed nami stoi też wiele wyzwań. W szczególności potrzebne są kompaktowe źródła i wzmacniacze mocy, które są w stanie pracować w obszarze fal THz. Już ponad czterdzieści lat temu na świecie rozpoczęły się badania doświadczalne nad wykorzystaniem do tworzenia wzmacniaczy i źródeł THz oscylacji plazmonów pobudzonych przepływem prądu w dobrze znanych półprzewodnikach: krzemie i arsenku galu – przypomina prof. Knap.

Plazmony to fale gęstości elektronów (podobne do fal dźwiękowych), które mogą pojawiać się, gdy światło (złożone z fotonów) zaczyna oddziaływać z materią. Plazmony mogą również powstawać na skutek przepływu prądu, podobnie jak przepływ powietrza może prowadzić do wzbudzenia dźwięków w instrumentach dętych. W pewnych szczególnych warunkach, gdy płynie prąd i materia jest oświetlana światłem THz o częstości bliskiej częstości oscylacji plazmonowych, energia prądu może zostać przekazana fotonom. Następuje wtedy wzmocnienie promieniowania THz.

 

Wcześniejsze eksperymentalne próby zrealizowania wzmacniaczy lub źródeł promieniowania THz opartych na oscylacji plazmonów i pracujących w temperaturze pokojowej, kończyły się niepowodzeniem: intensywność promieniowania okazywała się zbyt niska lub konieczne było zastosowanie temperatur kriogenicznych. Jednak  pojawienie się układów opartych na grafenie, oferujących świetne właściwości elektryczne i optyczne w temperaturze pokojowej, na nowo rozbudziło zainteresowanie tą tematyką – kontynuuje prof. Knap.

 

Laureat jest absolwentem Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego, gdzie obronił także doktorat z właściwości terahercowych (dalekiej podczerwieni) półprzewodników o wąskiej szczelinie HgTe i InSb. W 1987 r. przeniósł się do Francji, aby pracować jako na Uniwersytecie w Montpellier, w Laboratorium Wysokich Pól Magnetycznych w Grenoble oraz w Laboratorium Impulsowych Pól Magnetycznych w Tuluzie. W 1992 roku uzyskał stałe stanowisko we Francuskim Narodowym Centrum Badań Naukowych – CNRS Montpellier. Pracował jako visiting researcher w Instytucie Politechniki w Rensselaer, Troy w stanie Nowy Jork oraz na Uniwersytecie Tohoku w Sendai (Japonia). Jego najważniejsze zainteresowania naukowe koncentrują się wokół badań właściwości półprzewodników w dalekiej podczerwieni, a w szczególności wokół podstawowej fizyki i zastosowań wzbudzania plazmy terahercowej w nanostrukturach. Obecnie jest liderem międzynarodowego projektu badawczego MAB CENTERA i wraz z prof. Tomaszem Skotnickim kieruje działaniami badawczo-rozwojowymi w zakresie nauk podstawowych i zastosowań promieniowania terahercowego.

 

Jak informuje European Research Council do konkursu złożono 1735 wniosków. Finansowanie otrzymało 253 uczonych, co daje współczynnik sukcesu na poziomie 14,6%. Co czwartym laureatem jest kobieta – ich udział wśród beneficjentów Advanced Grants stale rośnie: z ok. 10% w 2014 do ponad 25% w ostatnim konkursie. Przeważają nauki fizyczne i inżynieryjne (110), znacznie mniej grantów dotyczy nauk o życiu (75) oraz nauk społecznych i humanistycznych (68). Przyznana kwota (624,6 mln euro) pozwoli m.in. na stworzenie około 2300 nowych miejsc pracy dla post-doków, doktorantów i innych osób. Zwycięskie projekty realizowane będą w uczelniach i ośrodkach badawczych w 21 państwach członkowskich UE i krajach stowarzyszonych. Najwięcej w Niemczech (61 grantów), Wielkiej Brytanii (45), Holandii (27) i Francji (26). Wśród grantobiorców dominują Niemcy, Brytyjczycy, Włosi, Holendrzy i Francuzi. 

Instytut Wysokich Ciśnień PAN jest dwudziestą polską jednostką, w której realizowany będzie grant European Research Council. W sumie od 2007 roku do krajowych instytucji trafiło już 58 grantów wszystkich kategorii, w tym 37 Starting Grants, 11 Consolidator Grants, 6 Advanced Grants, 3 Proof of Concept Grants i 1 Synergy Grant.

 

Źródło: forumakademickie.pl