Wszystkich, którzy pragną z bliska zobaczyć jak wygląda miejsce pracy współczesnego eksperymentatora zapraszamy do zwiedzenia czterech nowych laboratoriów Instytutu Fizyki Doświadczalnej.

W Laboratorium Fizyki Dalekiej Podczerwieni FIRLAB prowadzone są badania materiałów półprzewodnikowych. Są to na przykład kryształy i ultracienkie warstwy arsenku galu oraz kryształy krzemu, z których wykonywane są struktury układów scalonych, mikroprocesorów i pamięci komputerowych.
Fizycy badają tu maleńkie tranzystory polowe o rozmiarach nanometrowych (1 nanometr to jedna milionowa część milimetra). Poddawane są one ekstremalnym warunkom:

• temperaturze -269 0C,
• bardzo silnemu polu magnetycznemu (kilkaset tysięcy razy silniejszemu niż ziemskie pole magnetyczne)
• oraz oświetleniu światłem z zakresu widmowego zwanego daleką podczerwienią lub promieniowaniem terahercowym.

Angielski skrót nazwy tego promieniowania: FIR  (far infrared) jest źródłosłowem nazwy laboratorium.
W trakcie wizyty w laboratorium będzie można m.in. zobaczyć badane tranzystory.

Stanowisko pomiarowe
w Laboratorium Fizyki Dalekiej Podczerwieni
FIRLAB FUW.
Foto:  Marek Pawłowski, FUW

Pokażemy też jak promieniowanie terahercowe oddziałuje z różnymi materiałami z naszego otoczenia. Źródłem tego światła są specjalne lasery, wytwarzające bardzo silnie skupioną wiązkę niewidzialnego dla oka ludzkiego światła o bardzo dużej mocy. Nawet chwilowe oświetlenie wiązką laserową kartki papieru powoduje jej natychmiastowy zapłon. „Zobaczycie Państwo nie tylko unikatowe na skalę europejską laboratorium, ale również przekonacie się, że nawet cegłę można w oka mgnieniu rozgrzać do czerwoności niewidzialnym światłem laserowym” – zaprasza przygotowujący imprezę dr Krzysztof Karpierz. Laboratorium wyposażono dzięki środkom Fundacji na Rzecz Nauki Polskiej oraz Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego.

Laboratorium Procesów Ultraszybkich LPU wyposażone jest w nowoczesne układy laserowe do generacji bardzo krótkich impulsów światła. "Impulsy laserowe, które wykorzystujemy w naszych badaniach trwają od kilku do kilkudziesięciu femtosekund. To tak krótki czas, że gdyby jedna sekunda była równa wiekowi wszechświata, to nasze impulsy trwałyby co najwyżej 2-3 godziny" - mówi dr Piotr Fita zajmujący się w LPU badaniami ultraszybkich procesów zachodzących w cząsteczkach organicznych pod wpływem światła.

Procesy zachodzące w cząsteczkach są niezwykle ważne z punktu widzenia wielu dziedzin badań i zastosowań w technice. Za pomocą ultrakrótkich impulsów laserowych można zrobić, mówiąc obrazowo, "fotografię" cząsteczki w kilkadziesiąt femtosekund po zaabsorbowaniu przez nią fotonu. Składając wiele takich "fotografii", wykonanych w różnym czasie, otrzymujemy swego rodzaju film, pokazujący, co dzieje się z cząsteczką pod wpływem światła.

Ta informacja pozwala w odpowiedni sposób zastosować badane związki chemiczne, bądź tak je zmodyfikować, by lepiej spełniały swą funkcję.

Aparatura w Laboratorium Procesów Ultraszybkich LPU FUW.
Foto. : Piotr Fita, FUW

Lasery femtosekundowe są też podstawą konstrukcji urządzenia zwanego grzebieniem optycznym, będącego jednym z elementów wchodzących w skład optycznego zegara atomowego. Grzebień optyczny pełni rolę "przekładni" zamieniającej niezwykle szybkie drgania fali świetlnej - zbyt szybkie, by móc zliczać je za pomocą urządzeń elektronicznych - na znacznie wolniejsze drgania z zakresu fal radiowych.

"Zegar optyczny, który budujemy we współpracy z Uniwersytetem Jagiellońskim i Uniwersytetem Mikołaja Kopernika w Toruniu będzie tysiące razy przewyższał swoją precyzją używane dotychczas atomowe zegary mikrofalowe" - mówi mgr Filip Ozimek, doktorant FUW, odpowiedzialny za skonstruowanie grzebienia optycznego dla pierwszego polskiego zegara optycznego.

Z niezwykłych własności ultrakrótkich impulsów laserowych mogą również skorzystać biolodzy i lekarze, gdyż mikroskopy optyczne wykorzystujące impulsy femtosekundowe umożliwiają obserwację dużo mniejszych obiektów niż inne konstrukcje, jednocześnie zapewniając wysoki kontrast obrazu. "Obecnie największym odbiorcą laserów femtosekundowych są biolodzy, którym urządzenia tego typu pozwalają zobaczyć obiekty, niewidoczne za pomocą innych urządzeń" – uzupełnia Joanna Oracz, która w ramach swojej pracy magisterskiej buduje w Laboratorium mikroskop pozwalający na obserwację np. neuronów z rozdzielczością większą niż długość fali światła.

Lasery znajdujące się w LPU nie tylko umożliwiają prowadzenie badań na światowym poziomie w opisanych wyżej dziedzinach – pozwalają również na demonstrację niezwykłych efektów, takich jak tworzenie się kuli plazmy w powietrzu, za pomocą której można następnie przeciąć lub przewiercić grubą metalową blachę czy powstawanie stożka światła białego po oświetleniu szklanej płytki wiązką niewidocznych impulsów. "Takie zjawiska zobaczyć można tylko przy użyciu impulsów femtosekundowych, w których światło osiąga niezwykle duże natężenie" - podsumowuje dr Fita, który przygotowuje program zwiedzania Laboratorium.

Laboratorium Ultraszybkiej Magnetoskopii Nanostruktur Półprzewodnikowych LUMNP stanowi unikalne połączenie technik niskotemperaturowej spektroskopii, silnych pól magnetycznych oraz ultraszybkich metod optycznych. Przedmiotem eksperymentów są nanostruktury półprzewodnikowe, np. kropki kwantowe określane często jako „sztuczne atomy” a także inne struktury niskowymiarowe. „Dzięki wykorzystywanym w naszym laboratorium zaawansowanym metodom optycznym – głównie  mikrofotoluminescencji - możliwe jest wykonanie fascynujących badań” – opowiada prof. Andrzej Golnik. „Potrafimy m.in. sterować energią oraz wpływać na wydajność emisji światła z kropki przez użycie struktur fotonicznych takich jak mikrofilary czy mikrownęki optyczne” – dodaje uczony. W laboratorium można także ustawiać i odczytywać orientację (spin) nanomagnesu (pojedynczego atomu Mn) umieszczonego w kropce kwantowej, oraz wykonywać pomiary wykazujące kwantowy charakter „sztucznych atomów” np. uzyskiwać pojedyncze fotony na żądanie. Można też obserwować ultraszybkie procesy takie jak narastanie i zanik luminescencji z kropek kwantowych w czasach krótszych niż jedna stumiliardowa część sekundy.

Wyposażenie Laboratorium powiększa się o najnowocześniejszą aparaturę dzięki uczestnictwie Laboratorium LUMNP w Konsorcjach realizujących projekty finansowane ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka. „Sceneria poplątanych wiązek światła laserowego, w której znajdą się zwiedzający, mogłaby z powodzeniem zagrać w niejednym filmie fantastyczno-naukowym” – śmieją się studenci Wydziału, którzy także uczestniczą w badaniach. „oczywiście, będzie można fotografować” - dodają.

Układ modulacji wiązki laserowej
w Laboratorium Ultraszybkiej Magnetoskopii
Nanostruktur Półprzewodnikowych
LUMNP FUW.
Foto: Tomasz Kazimierczuk, FUW

Czwarta z udostępnionych pracowni to Laboratorium spektroskopii ramanowskiej i luminescencji nanostruktur.

Dzięki środkom z programu CEZAMAT (Centrum Zaawansowanych Materiałów i Technologii) dotychczasowy układ służący m.in. badaniom grafenu (Nagroda Nobla 2010) jest aktualnie przebudowywany i unowocześniany. Goście będą więc mieli unikalną okazję by zobaczyć pracującą pracownię naukową znajdująca się w fazie głębokiej modernizacji.

„W laboratorium pojawiły się już bardzo stabilne, niemagnetyczne stoły optyczne z tłumieniem” – opisuje dr hab. Andrzej Wysmołek. Na nich wkrótce zostaną ustawione najwyższej klasy urządzenia optyczne. „Będzie to m.in. wysokorozdzielczy trójsiatkowy spektrometr ramanowski ze stolikiem do badan mikroramanowskich i układ laserów strojonych, emitujących światło z zakresu widmowego od podczerwieni do ultrafioletu” – dodaje uczony.

Silne pola magnetyczne będzie wytwarzał magnes nadprzewodzący, w którym będzie można badać wpływ pola magnetycznego na własności optyczne próbek. Całość dopełni nowe wyposażenie kriogeniczne umożliwiające pomiary w temperaturach bliskich zera bezwzględnego. Inwestycja ma kosztować 5 mln złotych. „Ta inwestycja otworzy nowe obszary badań dostępne dotychczas tylko w najlepszych laboratoriach zagranicznych” – zapewnia z entuzjazmem dziekan Wysmołek, który w innej części uroczystości zamierza wygłosić także wykład popularny na temat badań nad grafenem – niezwykłym węglem ułożonym w płaską strukturę zbudowaną z pojedynczej warstwy atomów.

Trzy z udostępnionych laboratoriów wchodzą w skład Zakładu Fizyki Ciała Stałego. Laboratorium Procesów Ultraszybkich należy do Zakładu Optyki Instytutu Fizyki Doświadczalnej Wydziału Fizyki UW.

Doktorant Wydziału Fizyki, mgr Kacper Grodecki
przygotowuje układ pomiarowy do badań
warstw grafenowych.
Badana próbka umieszczona jest na stoliku x-y umożliwiającym pozycjonowanie plamki światła laserowego na próbce z dokładnością do ułamków mikrometra.
Foto: Krzysztof Korona, FUW

Laboratoria będą udostępnione w sobotę 26 lutego – najpierw w godzinach 13-15 dla dziennikarzy oraz gości oficjalnej części uroczystości. W godzinach 15-18 będą mogli je obejrzeć wszyscy zainteresowani pod warunkiem wcześniejszego zarezerwowania terminu na stronach www.fuw.edu.pl/90lat.html .

Rezerwować terminy zwiedzania będzie można od niedzieli 20 lutego od godziny 16:00.

W godzinach 15-18 będzie też można wysłuchać trzech wykładów popularnonaukowych – o niezwykłych możliwościach mikroskopu, o tajemnicach fizyki kwantowej i ogólnej teorii względności oraz o wspomnianym już grafenie. Dla małych dzieci przygotowano warsztaty doświadczalne. Ze względu na spodziewane duże zainteresowanie, będą wymagane na nie także zapisy.

Udział we wszystkich imprezach jest oczywiście bezpłatny.

Więcej szczegółów w kolejnych komunikatach i na stronach www Wydziału Fizyki.

INFORMACJE DODATKOWE:

• Fizyka i astronomia na Uniwersytecie Warszawskim pojawiły się w 1816 roku w ramach ówczesnego Wydziału Filozofii.
  
  
• W roku 1825 powstało Obserwatorium Astronomiczne. Obecnie w skład Wydziału Fizyki UW wchodzą Instytuty:
  
  Fizyki Doświadczalnej,
  Fizyki Teoretycznej,
  Geofizyki,
  Katedra Metod Matematycznych
  Obserwatorium Astronomiczne.
  
  
• Badania pokrywają niemal wszystkie dziedziny współczesnej fizyki, w skalach od kwantowej do kosmologicznej.
  
  
• Kadra naukowo-dydaktyczna Wydziału składa się z ponad 200 nauczycieli akademickich, wśród których jest 70 pracowników z tytułem profesora.
  
  
• Na Wydziale Fizyki UW studiuje prawie 700 studentów i ok. 150 doktorantów.