Projekti / Programi
Proženje prepovedanih pojavov z zavitimi žarki svetlobe in delcev
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.02.00 |
Naravoslovje |
Fizika |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P230 |
Naravoslovno-matematične vede |
Atomska in molekularna fizika |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.03 |
Naravoslovne vede |
Fizika |
Fotonski in elektronski žarki s topološkim nabojem, generiranje višjih harmonikov, laser na
proste elektrone
Raziskovalci (8)
Organizacije (2)
Povzetek
Podatki, ki jih pridobimo pri proučevanju mikroskopskih lastnosti snovi preko interakcij s fotoni ali drugimi delci, se uporabljajo na različnih znanstvenih (npr. v kemiji, biologiji in fiziki) in tehnoloških področjih. Ti delci izmenjujejo energijo, gibalno količino in (spinsko in tirno) vrtilno količino z atomi na poti skozi snov. Še posebej pomembna je izmenjava vrtilne količine, saj omogoča študij lokalne simetrije, sučnosti (kiralnosti) in magnetnih lastnosti vzorca. Poleg spinske vrtilne količine (SVK), ki je povezana s polarizacijo vpadnih delcev, lahko žarek nosi tudi dobro določeno tirno vrtilno količino (TVK). Ta je odvisna od prostorskega profila žarka. Žarke s TVK v vidnem področju dandanes generirajo že rutinsko. Nasprotno pa raziskave generiranja kratkovalovnih ultravijoličnih (extreme ultraviolet, XUV) žarkov, ki nosijo TVK, še potekajo. Viri svetlobe s področja XUV namreč omogočajo natančno strukturno analizo materialov. Po drugi strani pa so elektronske žarke s TVK generirali šele pred kratkim. Predlagane so bile različne alternativne metode generiranja, ki pa jih do zdaj še niso preskusili. Cilj predlaganega projekta je pokazati, da je mogoče z novimi svetlobnimi viri – z generiranjem višjih harmonskih komponent v plinu (high-order harmonic generaiton, HHG) in z laserji na proste elektrone (free electron laser, FEL) – generirati žarke s TVK na področju XUV, in hkrati proučiti lastnosti generirane svetlobe. Poleg tega nameravamo izdelati vir elektronskih žarkov s TVK in proučiti njihove lastnosti. Fotonske in elektronske žarke bomo uporabili pri izvedbi povsem novih, pilotskih eksperimentov na atomskih tarčah, ki bodo tlakovali pot do povsem novih aplikacij na področjih bazične in uporabne fizike. Predlagane raziskave bomo izvedli s sodelovanjem skupine iz Laboratorija za kvantno optiko na Univerzi v Novi Gorici (UNG) ter skupine iz Mikroanalitskega centra na Institutu Jožef Stefan (IJS). Skupina z UNG bo poskrbela za pripravo žarkov s TVK (na viru HHG in FEL) in za njihovo karakterizacijo, skupina z IJS pa bo odgovorna za pripravo elektronskih žarkov s TVK. Za manipulacijo in karakterizacijo žarkov s TVK bosta poskrbeli obe skupini. Prav tako bosta obe skupini vključeni v eksperimentalno in teoretično delo, ki bo potrebno za pripravo in izvedbo eksperimentov s svetlobnimi in elektronskimi žarki. Sodelavci z UNG so se že izkazali pri uspešni postavitvi vira HHG CITIUS, kar je bila tema programa čezmejnega sodelovanja INTERREG Slovenija-Italija 2007-2013. Vir CITIUS že deluje na UNG, obe skupini pa trenutno sodelujeta pri eksperimentih, zasnovanih na svetlobi tega vira. FEL svetloba s TVK bo generirana s pomočjo laserja na proste elektrone FERMI, ki deluje v sklopu sinhrotrona Elettra (Trst, Italija). Vodja projekta je član skupine, ki je zadolžena za delovanje svetlobnega vira FERMI. Tako bo imel neposreden dostop do FEL žarkovnih linij in bo lahko, skupaj s skupinama z UNG in IJS, opravljal poskuse predlagane v projektu. Dosedanje eksperimentalne dejavnosti članov z IJS na viru FERMI bomo še razširili preko povezav s sodelavci z UNG, ki sodelujejo pri razvoju omenjenega svetlobnega vira na Elettri. Sodelovanje med UNG in IJS se bo oprlo tudi na bogate izkušnje sodelavcev z IJS pri uporabi elektronskih in sinhrotronskih virov ter pri modeliranju interakcije svetlobe s snovjo. Po drugi strani bo skupina z IJS lahko izkoristila dolgoletne izkušnje sodelavcev z UNG na področju razvoja in upravljanja HHG in FEL virov. Pričakujemo, da bomo s predlaganim projektom poglobili in razširili dolgoročno sodelovanje med IJS in UNG.
Pomen za razvoj znanosti
Z uspešno izvedbo načrta bi eksperimentalno pokazali, da je možno s predlaganimi metodami zanesljivo generirati svetlobne žarke na področju XUV in elektronske žarke, ki nosijo tirno vrtilno količino. Poskusi na atomskih tarčah, ki jih nameravamo izvesti, predstavljajo prve, ključne teste, s katerimi bi eksperimentalno preverili, kako učinkovito je mogoče atomom v snovi predati tirno vrtilno količino, ki jo nosijo takšni žarki. Predlagani poskusi predstavljajo korak, pomemben za razvoj in uporabo novih tehnoloških metod, ki izkoriščajo tirno vrtilno količino žarkov, npr. pri mikroskopiji, za hranjenje podatkov z visoko gostoto zapisa, na področju visoko in nizko temperaturnih superprevodnikov ali v brezžičnih komunikacijah. Poleg tega bodo lahko omenjene študije imele pomemben tehnološki vpliv, saj bodo lahko vodile do razvoja novih metod, ki bodo omogočile karakterizacijo in izboljšanje lastnosti pomembnih materialov kot so kuprati, manganiti in rutenati. Možne so tudi aplikacije na področju STEDu podobnih mikroskopij, kjer bi lahko dosegli višjo ločljivosti slik v EUV/rentgenskem spektralnem območju brez uporabe barvil.
Pomen za razvoj Slovenije
Raziskave s svetlobnimi žarki, ki nosijo tirno vrtilno količino, predstavljajo eno prvih možnosti za nadgradnjo dosegljivih pasovnih širin v obstoječi optični infrastrukturi za širokopasovni prenos podatkov. To je posebnega pomena v regijah z nizko gostoto prebivalstva, kjer je visoka specifična cena podatkovne infrastrukture eden ključnih omejujočih dejavnikov za tehnološki in gospodarski razvoj.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo
