Nauka

Zadania naukowe Centrum Doskonałości realizowane są przez trzy zespoły:

LIGHT-LANCET (Life-sciences, Applications, Nano-photonics – Cutting Edge Technologies)
kierownik: dr. hab. Maciej Szkulmowski, prof. UMK

Celem badań interdyscyplinarnego zespołu LIGHT-LANCET jest opracowanie najnowocześniejszych technologii dla docelowo bezinwazyjnego biomedycznego obrazowania optycznego (między innymi optycznej tomografii koherencyjnej lub mikroskopii fazowej) i ich wykorzystaniu do uzyskania wglądu w strukturę i funkcję układów biologicznych. Badania te mają na celu między innymi identyfikację biomarkerów do wczesnego wykrywania chorób cywilizacyjnych, takich jak:

1. 1. upośledzenie wzroku określane na podstawie zmian morfologii i czynności oka ludzkiego,
   2. cukrzyca, nadciśnienie i choroby ogólnoustrojowe, wykrywane przez zmiany w naczyniach krwionośnych siatkówki i dynamikę przepływu krwi,
   3. zaburzenia neurodegeneracyjne, określane na podstawie zmian w tkance nerwowej oka ludzkiego lub przez dokładne określenie ilościowe morfologii oka i jego dynamiki.

Zespół przoduje w dziedzinie optyki, elektroniki i przetwarzania danych w celu wdrożenia rozwiązań optycznych, od rozważań teoretycznych po działające prototypy. Podczas badań klinicznych współpracujemy z biologami i lekarzami i naszym celem jest komercjalizacja rozwiązań laboratoryjnych.

QUANTUMSYS (Quantum systems for fundamental research)
kierownik: prof. dr. hab. Roman Ciuryło

Główny zakres badań naukowych prowadzonych w QuantumSys obejmie eksperymentalne i teoretyczne badania układów kwantowych w celu poszukiwania nowej fizyki poza Modelem Standardowym. W tym celu chcemy wykorzystać, jako „konia pociągowego”, globalną sieć optycznych zegarów atomowych, która jest rozwijana przez nas we współpracy z wiodącymi laboratoriami na całym świecie. Ta sieć pozwoli na zbadanie możliwości wykrycia ciemnej materii. Istnienie ciemnej materii jest obecnie jednym z głównych podstawowych pytań współczesnej fizyki. Jednocześnie będziemy szukać nowych oddziaływań typu hadron-hadron lub grawitacji nienewtonowskiej w skali nano. Modelowym układem badanym w tym celu będzie zestaw stanów kwantowych dwóch oddziałujących atomów wodoru, które można opisać z najwyższą możliwą dokładnością, poczynając od pierwszych zasad. Pozwoli to na porównanie danych spektroskopowych dla wodoru cząsteczkowego o dokładności na poziomie kHz lub subkHz, z teoretycznymi obliczeniami ab initio.

QUANTUMNANO (Quantum Nanophotonics)
kierownik: prof. dr. hab. Sebastian Maćkowski

Najważniejsze tematy badawcze rozwijane przez zespół QuantumNano dotyczą eksperymentalnych i teoretycznych badań zjawisk kwantowych występujących w nanoskali, w tym:

1. 1. zastosowanie nanocząstek metali szlachetnych do skupiania światła, osiągając przestrzenne zdolności rozdzielcze przekraczające klasyczne ograniczenia, co wpływa na generację pojedynczych fotonów,
   2. badanie nanomateriałów dielektrycznych pod kątem oddziaływania światła z kropkami kwantowymi i nanodrutami,
   3. generowanie ciepła z wykorzystaniem grafenu i nanostruktur metalicznych.

Ma to na celu opracowanie, modelowanie i wytwarzanie hybrydowych nanostruktur i urządzeń, w których te funkcje są w kontrolowany sposób łączone w celu poprawy ich wydajności, przede wszystkim w kontekście zastosowań w fotonice, komunikacji optycznej, sensoryce i sztucznej fotosyntezie. Do naszych celów badawczych zaliczamy: (1) opracowanie teoretycznego modelu ekscytonów Rydberga w mikrokryształach Cu₂O, (2) rozwój narzędzi dla wielofotonowej mikroskopii kwantowej, (3) inżynierię scalonych, zminiaturyzowanych elementów optycznych umożliwiających eksperymenty z pojedynczymi fotonami oraz (4) badania spektroskopowe i teoretyczny opis transferu energii do grafenu i innych materiałów dwuwymiarowych.