Raziskovalni projekt (so)financira Javna agencija za raziskovalno dejavnost RS.
Članica UL: Fakulteta za matematiko in fiziko
Šifra projekta: J1-7300
Naziv projekta: Metamateriali na osnovi tekočekristalnih koloidov
Obdobje: 1.1.2016 - 31.12.2018
Letni obseg: 1,63 FTE, cenovna kategorija: C
Vodja: Ravnik Miha
Veda: Naravoslovje
Sodelujoče RO: sodelujoče RO
Sestava projektne skupine: link na SICRIS
Bibliografske reference: link na SICRIS
Vsebinski opis projekta :
Fotonika in nadzor nad tokom svetlobe je danes zelo hitro razvijajoče se področje z ambicioznimi znanstvenimi in tehnološkimi cilji, kot so optično računalništvo, hiter prenos podatkov, energijska učinkovitost ter procesi za merjenje in proizvodnjo, ki pokrivajo vsebine od področjih medicinske znanosti do vesoljske tehnologije. In razvoj novih neobičajnih optičnih materialov je v samem vrhu prizadevanj na teh področjih, saj novi materiali omogočajo nove ter boljše mehanizme in možnosti uporabe svetlobnih polj. V tem projektu s področja fotonike mehke snovi predlagamo razvoj novih optičnih materialov - nematskih tekočih metamaterialov - in študij njihovih fotonskih pojavov z uporabo eksperimentalnih in teoretično-modelskih pristopov. Cilj je ustvariti izbrane primere metamaterialov in raziskati njihove glavne fotonske funkcije. Osnova teh novih tridimenzionalnih mehkih metamaterialov bodo prevodni koloidni delci in delci s prevodno površino, ki jih bomo oblikovali v tridimenzionalne oblike kot so prizme, ploščice ali votli delci, in bodo kot resonatorji z ločenim krogom zagotavljali anizotropen metamaterialen odziv. Takšni delci bodo razpršeni v nematsko tekočino, ki bo delovala kot tekoča matrika za samo-sestavljanje delcev, z edinstvenimi lastnosti kot so prostorska in časovna nastavljivost, topološke vezi in dobra odzivnost na zunanja polja. Praktično vsi sodobni prikazovalniki temeljijo na enostavnem zunanjem vplivu na dvolomnost nematskih tekočin, ki izvira iz orientacijskega reda anizotropnih molekul, dolgoročna vizija tega projekta pa je pretvoriti te ideje v dvolomne metamateriale s pozitivnimi in negativnimi (lastnimi) lomnimi količniki, in sicer na osnovi samo-sestavljenih super-struktur koloidnih delcev v nematski tekočini. S primerno zasnovo koloidnega metamateriala, vključno z (i) obliko, velikostjo in simetrijo delcev, (ii) elastičnostjo nematika in (iii) fukcionalizacijo površin, želimo izdelati nastavljive metamateriale z negativno dielektričnostjo in permeabilnostjo pri frekvencah od THz in optičnih do infrardeče svetlobe.
Z znanstvenega vidika bodo zlasti pomembna vprašanja o: (i) povezavi med simetrijo struktur in metamaterialnim odzivom, (ii) pomenu 3D optične anizotropije metamaterialov z možnostjo dvojnega negativnega loma, (iii) hierarhičnem oblikovanju metamaterialov z več velikostnimi skalami - vse vroča in zanimiva vprašanja na špici raziskav fotonike mehkih snovi. Razviti metamateriali bodo tekoči, prožni in polimerizabilni - odvisno od zahtev - kar je velik napredek od današnjih tipično trdnih metamaterialov. Projekt bomo izvedli v skupini za mehko snov v Ljubljani, ki je znana po skupnem teoretičnem in eksperimentalnem delu na visokem znanstvenem nivoju - objave, povezane s tem projektom vključujejo Nature Phys. 2015, Nature Mater. 2014, Science 2011 in Nature Photon. 2009. Raziskovalno delo v okviru tega projekta je močno povezano z mednarodnimi raziskovalnimi krogi in vključuje sodelovanje z univerzami Colorado, Oxford, Ghent, Mahindra Ecole Centrale in laboratorijem USA AFRL. Socialno-ekonomski vpliv projekta vključuje popularizacijo znanosti, doprinos k odličnosti Slovenije v svetovnem merilu in prispevek novega znanja o fotoniki v slovensko industrijo. Splošneje je projekt usmerjen v sam vrh fotonske znanosti, k ustvarjanju novih znanstvenih in tehnoloških pristopov za manipulacijo toka svetlobe na mikroskopskem in makroskopskem nivoju.
Faze projekta in njihova realizacija:
Raziskovanje bo organizirano v štiri raziskovalne cilje (RC1-RC4), ki bodo potekali vzporedno, s čimer bomo dosegli pogled na področje raziskovanja z različnih zornih kotov.
- RC1 - Metamaterialni gradniki in individualni fotonski odziv
- RC2 - 3D samo-sestavljanje metamaterialov in njihov kolektivni fotonski odziv
- RC3 - Metamaterialne površine
- RC4 - Nastavljivost in zasnova na več velikostnih skalah
