Cenny grant amerykańskiej fundacji dla badaczy Instytutu Fizyki UO

Fizyka Teoretyczna na Uniwersytecie Opolskim otrzyma dofinansowanie z amerykańskiej Fundacji Badań Fizycznych im. Juliana Schwingera. To jeden z zaledwie dwóch grantów na świecie przyznanych przez agencję Juliana Schwingera w 2023 r.

Pod koniec tego roku kalendarzowego świetna wiadomość dotarła do grupy badawczej z Instytutu Fizyki Uniwersytetu Opolskiego. Agencja Juliana Schwingera z USA (Julian Schwinger Foundation for Physics Research) zatwierdziła finansowanie projektu badawczego, dotyczącego badań procesów fizycznych zachodzących w dwuwymiarowych (2D) materiałach dla nanoelektroniki. W skład tej grupy wchodzą dr hab. Andreas Sinner, prof. UO oraz dyrektor Instytutu Fizyki Uniwersytetu Opolskiego, prof. dr hab. Włodzimierz Stefanowicz. To oznacza, że Uniwersytet Opolski, reprezentowany przez wskazaną grupę badawczą, zdobył jeden z zaledwie dwóch grantów na świecie przyznanych przez agencję Juliana Schwingera w 2023 r. Tym samym UO, jako pierwsza uczelnia w Polsce, otrzymała tę prestiżową nagrodę. Członkowie grupy uważają to za potwierdzenie ich wysiłków na rzecz rozwoju nowoczesnej fizyki teoretycznej na Uniwersytecie Opolskim.

Jak napisano na oficjalnej stronie fundacji, we współczesnej epoce niewielu fizyków dorównało Julianowi Schwingerowi pod względem wkładu i wpływu na rozwój fizyki. Jako gigant fizyki teoretycznej, Schwinger pozostawił niezatarty ślad w takich jej dziedzinach, jak mechanika kwantowa, teoria pól kwantowych oraz elektrodynamika, fizyka jądrowa, mechanika statystyczna, fizyka atomowa, fizyka cząstek elementarnych, grawitacja i fizyka matematyczna. Wraz z dwoma innymi znanymi fizykami otrzymał w 1965 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za „podstawowe prace z zakresu elektrodynamiki kwantowej, mające głębokie konsekwencje dla fizyki cząstek elementarnych”.

– Dlatego jesteśmy szczególnie dumni, że nasze praca będzie odtąd łączona z wybitnym nazwiskiem tego wielkiego uczonego – podkreślają fizycy Uniwersytetu Opolskiego.

Fizyka kwantowa w dwóch wymiarach przestrzennych to dziedzina nauki związana z badaniem zachowań materii i energii na płaskiej powierzchni. Różni się to bardzo od „zwyklej” fizyki, gdzie rzeczy mogą poruszać się tylko w trzech wymiarach. Powyższa dziedzina jest trudnym i ekscytującym tematem, który wymaga zaawansowanych narzędzi matematycznych i obliczeniowych do opisu i symulacji. Można myśleć o systemie dwuwymiarowym jako o jedynym arkuszu papieru, którego grubość można całkowicie pominąć w porównaniu z długością i szerokością. Daje ona także niepowtarzalną okazję do odkrywania nowych aspektów przyrody i opracowywania nowych technologii opartych na zasadach kwantowych. Może to na przykład prowadzić do bardzo potrzebnych dzisiaj zastosowań elektronicznych, takich jak:

Komputery kwantowe: to urządzenia wykorzystujące bity kwantowe, czyli kubity, do przechowywania i przetwarzania informacji. Kubity mogą składać się z atomów, elektronów, fotonów lub innych cząstek kwantowych. W przeciwieństwie do normalnych bitów, które mogą wynosić tylko 0 lub 1, kubity mogą mieć jednocześnie wartość 0 i 1. Daje im to większą moc i szybkość rozwiązywania złożonych problemów, które są niemożliwe dla zwykłych komputerów. Komputery kwantowe mogą być również bezpieczniejsze, ponieważ mogą wykorzystywać kryptografię kwantową do szyfrowania danych. Można je zbudować przy użyciu 2D materiałów, takich jak grafen, który stanowi pojedynczą warstwę atomów węgla. Grafen ma doskonałe właściwości elektryczne i mechaniczne i może obsługiwać kubity, które są bardziej stabilne i mniej podatne na błędy.

Ogniwa słoneczne: to urządzenia, które mogą przekształcać światło w energię elektryczną. Są one obecnie bardzo obiecujące, ponieważ ludzkość chce zastąpić energię opartą na paliwach kopalnych (takich jak ropa i gaz) na tę ekologiczną. Skuteczność ogniw słonecznych można znacznie zwiększyć, stosując materiały 2D, takie jak perowskity, które są związkami metali i halogenów. Można je również łatwo dostrajać i mieszać w celu tworzenia różnych rodzajów ogniw słonecznych do zastosowań w różnych gałęziach gospodarki (takich jak zielona energia, medycyna itp.). Te cechy sprawiają, że perowskity są potencjalnym materiałem do produkcji ogniw słonecznych, które są bardziej wydajne, elastyczne i tanie.

Powyższe pokazuje wyjątkowe miejsce dwójwymiarowych materiałów, które obecnie stanowią rdzeń nowoczesnych technologii kwantowych. Dalsze badania teoretyczne tych materiałów nie wymagają drogiego sprzętu eksperymentalnego ani kosztownych metod „prób i błędów” w tworzeniu substancji, bardzo potrzebnych do powyższych i wielu innych zastosowań nanotechnologicznych.

– Przy wsparciu Fundacji Juliana Schwingera będziemy dalej rozwijać modele teoretyczne, które pozwolą uzyskać lepszy wgląd w zrozumienie i kontrolę właściwości fizycznych 2D materiałów nanoelektronicznych – mówi dr hab., prof. UO A. Sinner. – Członkowie zespołu z Uniwersytetu Opolskiego posiadają szerokie doświadczenie w badaniach teoretycznych tego typu materiałów. Projekt niesie ze sobą duży potencjał współpracy interdyscyplinarnej i pomoże w stworzeniu nowatorskich technologii i zastosowań w tak różnorodnych dziedzinach, jak przyszłe komputery kwantowe, urządzenia pamięci, ogniwa słoneczne, nanoelektronika czy sprzęt medyczny.

– Fundacja Badań Fizycznych im. Juliana Schwingera deklaruje szczytne zadanie finansowania podstawowych badań naukowych w małych grupach w sytuacjach, gdy inne źródła finansowania mogą nie być dostępne – podkreśla dyrektor Instytutu Fizyki Uniwersytetu Opolskiego, prof. dr. hab W. Stefanowicz. – W czasach, gdy większość środków krajowych wydawanych na badania kierowana jest na duże, międzynarodowe projekty badawcze, to źródło finansowania stwarza doskonałą szansę na dalszy rozwój fizyki teoretycznej na Uniwersytecie Opolskim i upowszechnienie naszego dość znaczącego wkładu w skali międzynarodowej.

Jednym z celów projektu jest organizacja międzynarodowych warsztatów, które pomogą sprowadzić do Opola najzdolniejsze umysły świata, a tym samym przyczynią się do inspiracji i popularyzacji nauki wśród młodzieży województwa opolskiego.