Projekti / Programi
Plazma in kvantne strukture
01. januar 2022
- 31. december 2027
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.02.00 |
Naravoslovje |
Fizika |
|
| 2.09.00 |
Tehnika |
Elektronske komponente in tehnologije |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.03 |
Naravoslovne vede |
Fizika |
| 2.10 |
Tehniške in tehnološke vede |
Nanotehnologija |
Plazma, kvantne strukture, interakcija plazme s snovjo, plinske razelektritve, izvori plazme, plazemska nanoznanost, plazemska fizika, hladna atmosferska plazma, plazemske vrste, plazemske aplikacije, kvantne žice, kvantne pike, manipulacija atom-po-atom, plazmonski senzorji, sistemi za shranjevanje energije
Podatki za zadnjih 5 let (citati za zadnjih 10 let) na dan
19. marec 2023;
A3 za obdobje 2017-2021
Podatki za razpise ARRS (
04.04.2019 - Programski razpis,
arhiv
)
| Baza |
Povezani zapisi |
Citati |
Čisti citati |
Povprečje čistih citatov |
| WoS |
369 |
8.029 |
6.703 |
18,17 |
| Scopus |
376 |
8.771 |
7.406 |
19,7 |
Raziskovalci (9)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacij |
| 1. |
22289 |
dr. Uroš Cvelbar |
Elektronske komponente in tehnologije |
Vodja |
2022 - 2023 |
695 |
| 2. |
33330 |
dr. Gregor Filipič |
Elektronske komponente in tehnologije |
Raziskovalec |
2022 - 2023 |
126 |
| 3. |
37471 |
dr. Nataša Hojnik |
Elektronske komponente in tehnologije |
Raziskovalec |
2022 - 2023 |
56 |
| 4. |
52048 |
Martin Košiček |
Elektronske komponente in tehnologije |
Mladi raziskovalec |
2022 - 2023 |
21 |
| 5. |
55438 |
dr. Neelakandan Marath Santhosh |
Elektronske komponente in tehnologije |
Raziskovalec |
2022 - 2023 |
44 |
| 6. |
32159 |
dr. Martina Modic |
Medicina |
Raziskovalec |
2022 - 2023 |
154 |
| 7. |
54048 |
dr. Vasyl Shvalya |
Elektronske komponente in tehnologije |
Raziskovalec |
2022 - 2023 |
48 |
| 8. |
55179 |
dr. James L. Walsh |
Elektronske komponente in tehnologije |
Raziskovalec |
2022 - 2023 |
51 |
| 9. |
33329 |
dr. Janez Zavašnik |
Kemija |
Raziskovalec |
2022 - 2023 |
259 |
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacij |
| 1. |
0106 |
Institut "Jožef Stefan" |
Ljubljana |
5051606000 |
85.562 |
Povzetek
Plazemska znanost je multidisciplinarno področje, ki sega od osnovnih raziskav vse do naprednih aplikacij, ki predstavljajo hrbtenico v procesnih tehnologijah prihodnosti ter je omogočitvena tehnologija za razvoj kvantnih tehnologij. Predlagani program zajema medsebojno povezana raziskovalna področja , kot so znanost o plinih in plinskih razelektritvah, plazemska nanoznanost, obdelava in sinteza kvantnih struktur, fizika in kemija plazme, plazemska biomedicina in biotehnologija, napredni senzorji ter druge teme, kjer igra pomembno vlogo manipulacija z atomi in elektroni. Te raziskovalne teme združujemo z namenom reševanja velikih izzivov na področju znanosti in tehnologije ter v podporo novo-nastajajočim raziskovalnim področjem. Program Plazma in kvantne strukture bo deloval v treh smereh, ki jih predstavljajo trije raziskovalni delovni sklopi: i) Razumevanje osnovnih mehanizmov interakcije hladne plazme s plini, kapljevinami in trdno snovjo, ii) Raziskovanje fizikalnih in kemijskih procesov, ki jih omogočajo plazemske vrste, in iii) Oblikovanje ter uporaba kvantnih struktur. Pri tem bomo najprej obravnavali fiziko plazme pri termodinamično neravnovesnih pogojih, imenovanih tudi hladna atmosferska tlačna plazma, in njene interakcije s plini, kapljevinami ali trdo snovjo. Raziskave bodo zajemale razvoj inovativnih virov za ustvarjanje tovrstnih plazm pri različnih pogojih, njihovo uporabo v eksperimentih za odpravljanje zračnega upora, ter raziskave prehodnih pojavih v trdnih snoveh ali naravnih pojavih, vključno z nestabilnostmi v tekočinah ali plinih. Reakcijske poti pri interakcijah plazemskih vrst in z njimi povezane fizikalne in kemijske procese bomo raziskovali v drugem delovnem sklopu, ki obravnava strupene, nevarne ali onesnaževalne molekule ter druge organske materiale, vključno z zapletenimi sistemi kot so celice in mikroorganizmi. Cilj bo razumeti osnovne mehanizme reakcij in identificirati glavne plazemske vrste v procesih razgradnje in odstranjevanja ciljnih molekul, remediacije s plazmo, plazemsko kemijo RONS vrst za nadzor celic in podobno. V tretjem delovnem sklopu bomo plazmo uporabili za pripravo kvantnih struktur, manjših od 10 nm, ki jih bomo uporabili za opazovanje in raziskovanje kvantnih pojavov, povezanih z interakcijo plazme kot tudi plina. Te vrste raziskav bodo omogočile pridobitev ključnih rezultatov za razvoj napredne tehnologije za hitro izdelavo ali manipulacijo kvantnih struktur, kot so žice, pike ali različne domene nano-velikosti ter njihovo uporabo v naprednih aplikacijah, vključno s plazmonskimi senzorji in sistemi za shranjevanje energije.
Pomen za razvoj znanosti
Vse predlagane raziskave v tem programu bodo privedle do novih znanstvenih rezultatov in odkritij v fiziki plazme ali kemiji in kvantnih tehnologijah, ki bodo objavljene v visoko uvrščenih znanstvenih revijah, povezanih z določeno temo. Novi predlagani program obravnava interdisciplinarne izzive na področju naravoslovja in tehnike, povezanih s plazmo in kvantnimi strukturami preko raziskovanja interakcij plazme s plini, kapljevinami ali trdno snovjo na nanometerski skali, raziskovanjem fizikalnih in kemijskih procesov, ki jih omogoča plazma, ter razvoj novih plazemskih virov za generiranje plazme pri atmosferskem tlaku. Raziskovalni program zajema sintezo in preoblikovanje kvantnih struktur, ki so manjše od 10 nm, ter njihovo praktično uporabo za opazovanje kvantnih pojavov in fenomenov na atomski skali ob interakciji plazme in plina ali trdne snovi. Omeniti velja, da so plazma ali njeni sestavni deli ključni element tehnologije, ki omogoča razvoj in vpeljavo kvantnih tehnologij, saj omogoča hitro sintezo ali manipulacijo kvantnih struktur, kot so kvantne žice, pike in domene, na atomarnem nivoju, atom-po-atom. Predlagani raziskovalni program sicer izhaja iz fizike, a interdisciplinarno obravnava tudi druga prednostna področja naravoslovja in tehnike, vključno z kemijo, kemijskim inženirstvom, energetiko in razvoj kvantnih tehnologij. Tak program v okviru sheme financiranja programov ARRS kot stalnega vira financiranja za temeljne raziskave javno-raziskovalnim organizacijam trenutno še ne obstaja. Predlagane raziskave v novem programu bodo vodile do znanstvenih odkritij in rezultatov na področju plazemske fizike, kemije in kvantnih tehnologij, in bodo objavljene v relevantnih mednarodno uveljavljenih znanstvenih revijah. Raziskave, povezane z razumevanjem osnovnih mehanizmov medsebojnega delovanja med plazmo in plinom/tekočino/trdno snovjo, bodo doprinesle kritični vpogled v interakcije plazemskih zvrsti in razkrile vlogo ustvarjene elektro-hidrodinamične sile v teh sistemih. Naše objave v Nature Communications o izvoru električnega vetra in nedavni članek v Nature o stabilizaciji nestabilnosti v tekočinah z ioniziranimi curki plina so pokazale izjemen raziskovalni potencial teh področij. Razumevanje osnovnih pojavov in mehanizmov, ki jih eksperimentalno opazujemo v hladni atmosferski plazmi in jih lahko obenem tudi teoretično modeliramo, je ključnega pomena za praktično uporabo in izkoriščanje opazovanih fenomenov na različnih področjih. V zvezi s tem so ključnega pomena raziskave in razvoj novih plazemskih virov v različnih konfiguracijah, s katerimi lahko presežemo zmogljivosti trenutno najsodobnejših elektronskih komponent in tehnologij. Razvoj teh raziskovalnih področij vodi k praktični uporabi opisanih pojavov z izkoriščanjem nestabilnosti fenomenov, ki jih generirajo fizikalni principi kot je strižna napetost, in zmanjševanje nestabilnosti v dinamičnih sistemih plinov ali tekočin z uporabo termodinamično neravnovesnih sistemov kot je atmosferska plazma. Razumevanje osnovnih mehanizmov in narave hladne plazme omogoča tudi vpogled v kemizem snovi, ki jo ustvarjajo različne plazemske zvrsti. Predlagani novi program raziskoval reakcijske poti med hladno atmosfersko plazmo in ciljnimi organskimi molekulami, bodisi ločeno ali v tekočinah, z namenom identifikacije plazemskih komponent, ki so ključne za hitro modifikacijo in razgradnjo toksičnih in nevarnih molekul ali drugih onesnaževal. Podrobne mehanizme interakcije plazme in sosledja reakcij z molekulami zaradi reaktivnih plazemskih zvrsti ali elektronov bomo razkrili z uporabo najsodobnejših površinskih in spektralnih analiz. Te temeljne raziskave tvorijo drugi steber programa, ki zagotavlja osnovna znanja o pojavih za praktično uporabo plazme in načrtovanju s plazmo podprtih kemijskih procesov v tekočinah ob prisotnosti katalizatorjev ali drugih relevantnih sistemov. Pridobljeno znanje bomo uporabili pri raziskovanju izzivov varno plazme kot učinkovitega orodja v organski kemiji, z znanstvenimi publikacijami na najvišji ravni, kot je nedavna objava o mehanizmih za dekontaminacijo najmočnejšega rakotvornega mikotoksina AB1, objavljena v Journal of Hazardous Materials. Raziskave bomo razširili tudi na bolj zapletene sisteme z živimi organizmi s celicami relevantnimi za medicino, in mikroorganizmi za njihovo stimulacijo ali selektivno deaktiviranje. Korak k uveljavitvi plazme kot procesa, ki omogoča kvantne tehnologije in njihovo uporabo, je temeljna raziskava mehanizmov izdelave kvantnih struktur s plazmo. Ta del raziskav se osredotoča na razkrivanje determinističnih mehanizmov za rast in manipulacijo kvantnih žic, pik, cevk in drugih sorodnih struktur med interakcijami plazme ali plina in površine, in presega trenutno stanje na področju z raziskovanjem prehodnih pojavov med trdno snovjo in plazmo, na atomski skali pod 10 nm, ki so podvrženi kvantnim pojavom. Za ta tip raziskav je potrebna nova vrhunska znanstvena oprema in razvoj metod za temeljna spoznanja in vzpostavitev infrastrukture za nastajajoče kvantne tehnologije. Vzpostavljeni teoretični modeli in metode bodo omogočili po meri načrtovanje in izdelavo različnih kvantnih struktur preko trenutnega stanja na področju plazmonskih senzorjev, na primer pri odkrivanju posameznih molekul s površinsko ojačano Ramanovo spektroskopijo (SERS) ali drugimi sistemi povezanimi s shranjevanjem energije, kot so superkondenzatorji Li-ionskih baterij (LIB), večvalentne kovinske ionske baterije (MMIB) in podobni, kjer je potreben signifikanten preskok v znanosti in tehnologiji.
Pomen za razvoj Slovenije
Raziskovalne dejavnosti v okviru predlaganega programa zaobsegajo več različnih tem iz raziskovalnih področji, tako znanosti o plinih in plinskih razelektritvah, fizike plazme, plazemske nanoznanosti, okoljske problematike, plazemske biologije in biomedicine, naprednih senzorjev, površinskih elektronskih stanj, materiala kot tudi kvantnih tehnologij. V okviru programa nameravamo raziskovati plinske in plazemske sisteme ter njihovo uporabo za reševanje pomembnih družbenih izzivov. Raziskovalne dejavnosti programa so precej raznolike, s kvantnimi tehnologijami pa pokrivajo prihodnost industrijske proizvodnje in nove tehnologije. Poleg teha pa raziskave plazme izpopolnjujejo ARRS cilje, povezane z vplivom na okolje, zdravje, energijo in izobraževanje. Od plazemske tehnologije se pričakuje, da bo postala omogočitvena tehnologija za rastoče kvantne tehnologije v aplikacijah, saj naj bi predstavljajla osnovo za gradnjo sistemov in naprav, kjer se zahteva manipulacija na atomarnem nivoju. Celo več, plazma naj bi postala sredstvo za raziskovanje prehodnih in kvantnih pojavov v trdnih snoveh. Tukaj je prispevek k družbeno-ekonomskemim ciljem jasen, vendar bo vpliv šele potrebno določiti. Podobno pa je vpliv hladne atmosferske plazme na okoljevarstvene probleme že jasen in merljiv ter izjemno pomemben za zeleno razvojno strategijo Slovenije. Predlagane raziskave bi namreč lahko prinesle nove metode in naprave za preprečevanje, zmanjševanje ali odpravljanje onesnaževanja okolja, povezane zlasti s strupenimi, nevarnimi snovmi ali celo mikroorganizmi. Naše prejšnje raziskave so že pokazale prvotno možnost, da so edinstvene lastnosti plazme, ustvarjene v okolju, nov, varen in učinkovit pristop v boju proti kontaminaciji z mikotoksini. Naše predhodne raziskave so namreč že pokazale, da je plazmo pri sobnih pogojih možno uporabiti kot novo, varno in učinkovito metodo za odstranjevanje mikotoksinov s površin pridelkov. S tem bi prihranili milijone ton hrane na leto ter preprečili številne bolezni, ki jih to onesnaženje povzroča, in na koncu zmanjšali tveganja za živali in ljudi. Podobne vplive na okolje in razreševanje okoljskih problematik s plazmo pričakujemo tudi z njeno uporabo za zaščito pred alergeni, zaščito ozračja, čiščenjem vode ali celo sanacije odpadnih voda. Ne samo, da hladna atmosferska plazma lahko zaščiti zdravje ljudi, takšne plazme lahko uporabljamo tudi v različnih terapijah za zdravljenje raka in selektivno deaktiviranje kancerogenih celic na območjih okoli tumorjev, stimulacijo celic v tkivih ali njihovo deaktiviranje na oddaljenih kirurško neoperabilnih področjih človeškega telesa kot je oko, kar bi lahko rešilo na tisoče življenj samo v Sloveniji. Gradnja in uporaba naprednih nanostruktur in kvantnih struktur s plazmo bi lahko Sloveniji prinesla tudi preboj na področju energetskih raziskav z zagotavljanjem naprednejših sistemov za pridobivanje in shranjevanje energije. Ključ do teh izboljšav so izjemno vsestranske možnosti, ki jih ponujajo plazemski postopki pri manipulacijah z materiali in celo monokristalnimi domenami ali pri sintezi novih nanomaterialov. S takimi možnostmi in daleč izven termodinamičnega ravnovesja, bi lahko izdelali različne eksotične materiale, vključno z metamateriali, veikosti pod 10 nm. Naše predhodne raziskave so že pokazale te možnosti, saj je bilo mogoče s plazemskimi postopki pripraviti izboljšane nanostrukture na osnovi ogljika ali napredne hibridne nanostrukture ogljikov-nikelj-sulfid. Te strukture pa so izboljšale tako delovanje superkondenzatorskih elektrod za redoks-reakcije, kot tudi litij-ionske baterije, če naštejemo samo nekaj primerov. Program bo na koncu prispeval tudi k izobraževanju in usposabljanju mladih raziskovalcev ali zaposlenih v industriji, s čimer bomo zagotovili prenos znanja iz javnih raziskovalnih ustanov v slovensko industrijo. To se nanaša predvsem na visokotehnološko znanje o uporabi plazme, kvantnih tehnologijah in upravljanje s ssitemi, ki trenutno niso na voljo v Sloveniji. To znanje si želijo pridobiti številna slovenska visokotehnološka podjetja, kjer nekatera že tesno sodelujejo s programsko skupino.
