.jpg)
Academia Română a fost creată în 1866 pentru a cristaliza cele mai înalte valori intelectuale din provinciile românești într-o societate erudită menită să consolideze identitatea națională pe baza a patru componente esențiale: limbă și literatură, istorie, etnografie și cultură. La...
Laserul de la INCDTIM Cluj-Napoca
Exemplul cel mai relevant este colaborarea cu doi din cei trei piloni ELI și anume ELI-NP și ELI-ALPS. În aceste infrastructuri vor funcționa laseri care emit pulsuri de lumină de o intensitate nemaiîntâlnită până acum. Astfel, nici experimente preliminarii nu se pot efectua, nici teste pentru a determina parametrii optimi de funcționare, datorită simplului fapt că nu mai există nicăieri în lume așa ceva. Un model validat în acest sens poate ajuta enorm. Au fost deduse matematic o serie de legi de scalare în optica neliniară în ceea ce privește energia pulsului, geometria de focalizare, densitatea de particule în mediul cu care interacționează fascicolul, precum și dimensiunea radială a sistemului (o colaborare între Lund University, Universitatea Szeged, ELI-ALPS și INCDTIM Cluj). Softul dezvoltat a fost testat și s-a dovedit că funcționează corect, respectând legile de scalare, devenind astfel un instrument de proiectare a caracteristicilor pentru beamline-ul de la ELI-ALPS.
La ELI-NP pulsurile laser sunt de intensitate extremă și vor fi greu de manipulat, pentru că vor fi transportate pe zeci de metri, vor fi focalizate, amplificate, și în final vor interacționa cu diferite ținte. Manipularea controlată a acestor „balauri de lumină” este extrem de dificilă. O mică neomogenitate intervenită în faza pulsului primar poate rezulta într-un vârf de intensitate necontrolabil, care poate duce la degradarea elementelor optice foarte scumpe și greu de înlocuit. Ceea ce putem face noi acolo este să folosim informațiile despre puls obținute într-un punct accesibil de pe traseu pentru a prezice cum arată el în timp și spațiu în focar. Mai suntem implicați și în modelarea propagării pulsului ultraintens în experimente privind accelerarea de electroni cu ajutorul laserului.
Pentru aplicațiile din categoria explorării dinamicii electronilor colaborăm cu mare succes cu grupuri din Politecnico di Milano, MPQ Garching, care sunt profesioniști în acest domeniu, și prin explorarea modelului numeric am propus scheme experimentale pentru obținerea pulsurilor izolate de attosecunde, implementate cu succes în laboratoarele lor. Pe de altă parte, se investește un efort de cercetare considerabil pentru a îmbunătăți eficiența procesului de generare de pulsuri de attosecunde XUV, tot mecanismul fiind puternic neliniar și cu eficiență scăzută. Studiile noastre numerice au contribuit și aici la dezvoltarea domeniului, întrucât am reușit să propunem scheme realizabile în laborator pentru a mări eficiența procesului de generare de armonice. Cele mai importante colaborări pentru această aplicație sunt cu ELI-ALPS, MBI Berlin, Politecnico di Milano.
Dr. Katalin Kovacs
Micro/nano fabricație
Instalaţia de micro/nanofabricaţie beneficiază de capacitatea sistemului laser de a genera lungimi de undă în domeniul spectral 200-2500 nm. Astfel, este facilitată interacţiunea ţintită laser-materie pentru o largă diversitate de specii chimice: fotosensibilizatori, polimeri, săruri și nanoparticule de metale nobile și de pământuri rare, filme metalice subţiri, etc.Laserul nu produce doar un efect de încălzire localizat, ci induce reacţii chimice. Este precum un mic alchimist care ştie să transforme, de exemplu, un film depus dintr-un amestec de polimeri și săruri metalice în mult râvnitul aur și argint! Doar că adevărata lui bogăţie vine din folosirea acestor rezultate pentru societate prin aplicaţiile care pot fi dezvoltate.
Laboratorul nostru a fost implicat, ca partener, în două proiecte de cercetare în perioada 2012-2017, ambele fiind dedicate litografiei optice prin scriere directă cu laserul. Scopul a fost elaborarea și optimizarea procesului de litografie laser pentru stocare de date într-un disc optic cu capacitate de un petabyte (1 PB), dar şi dezvoltarea și optimizarea procesului de scriere directă cu laserul pentru nanofabricarea unor structuri cu dimensiuni de minim 5-50 nm în polimeri, metale şi sticle fluorescente fotosensibile. 
Noutatea adusă de aceste metode constă în faptul că se pot obţine microstructuri metalice nanostructurate, cu forme adaptabile cerinţelor specifice, fără a utiliza şabloane cu forme şi dimensiuni dedicate. Litografia optică prin scriere directă cu laserul (SDL) în filme subţiri asigură ajustarea la scală micronică şi nanometrică a granulaţiei structurilor obţinute, precum şi reproductibilitatea ridicată sub aspectul dimensiunii şi formei acestor structuri, la puteri ale laserului şi viteze de scriere variabile (Figura de mai sus).
Caracterizarea morfologică prin microscopie optică în epifluorescenţă a structurilor metalice micro-/nanostructurate evidenţiază atât continuitatea filmului, cât şi omogenitatea ridicată a structurii sub aspectul dimensiunii şi formei nanoparticulelor constituente (Figura alăturată).
În aceste condiţii, litografia optică prin scrierea directă cu laserul asigură controlul spaţial al procesului de micro/nanofabricare, întrucât iradierea are loc într-un volum limitat de dimensiunea spotului laser în punctul focal şi impresionarea materialului fotosensibil are loc doar în regiunile în care acesta interacţionează cu substratul. Deplasarea spotului laser pe o traiectorie bine stabilită permite construcţia unor structuri cu geometrii date, chiar şi generarea unor componente destinate construcţiei de nanoroboţi pentru medicină.
Dr. Nicoleta Toșa
Dinamică moleculară și spectroscopie rezolvată în timp
Spectroscopia optică se referă la studiul interacției radiației electromagnetice cu materia. În cazul în care avem de-a face cu molecule, interacția cu radiația electromagnetică poate induce tranziții între nivelurile energetice, obținându-se astfel informații unice caracteristice probei. Spectroscopia tradițională utilizează radiație luminoasă îngustă spectral, care este reglată pe niveluri de energie discrete, însă aceste măsurători se pot realiza cu surse de lumină pulsată pentru a se obține informații cinetice rezolvate în timp. Astfel, spectroscopia laser ultra-rapidă a fost folosită cu succes pentru studiul dinamicii atomilor și moleculelor în diferite sisteme și este vag clasificată drept femto-chimie, când sunt studiate reacții chimice, și femto-fizică, atunci când se urmărește interacția pulsurilor laser ultra-scurte cu materia.
Laserul de la INCDTIM furnizează pulsuri la 1030 nm cu durata de 180 fs, obținute într-un oscilator cu cristal de Yb:KGW prin tehnica amplificării pulsurilor modulate în frecvență („chirped pulse amplification”). Din această radiație se obțin pulsuri laser cu lungimea de undă între 0.25 și 2.6 microni, prin procese optice neliniare într-un amplificator optic parametric. Pulsurile laser rezultate le folosim apoi pentru pomparea a doua spectrometre rezolvate în timp, unul de absorbție și unul de fluorescență.
În cazul spectroscopiei de absorbție rezolvate în timp, o fracție din moleculele din proba studiată este promovată pe o stare energetică excitată de către un puls laser excitator, lăsând un gol în distribuția populației în starea fundamentală. În cazul nostru acest puls laser provine din amplificatorul optic parametric și culoarea lui este reglată în funcție de sistemul de investigat. Un al doilea puls laser care „fotografiază” molecula, obținut tot din sursa laser principală, este trecut prin proba la un interval de timp controlat după pulsul excitator. Acest puls de probă este obținut prin focalizarea radiației incidente la 1030 nm într-un cristal de safir și este denumit și puls de lumină albă datorită domeniului său spectral larg care se întinde de la 480-780 nm. Pentru fiecare puls de lumină albă absorbit de către molecule se obține un spectru de absorbție al moleculelor în starea excitată, la momentul de timp la care pulsul de lumină albă ajunge la ele. Punând cap la cap toate spectrele de absorbție obținute, rezultă o imagine a modului în care moleculele excitate evoluează în timp. Această harta 3D obținută conține informații legate de evoluția în timp a molecule pe starea fundamentală, a moleculelor în stare excitată prin emisie stimulată și eventual a moleculelor în a doua stare excitată.
Unul din domeniile pe care ne-am axat în cercetările noastre a fost dezvoltarea de nanosenzori pe bază de nanoparticule metalice. Funcționalizarea nanoparticulelor metalice cu molecule de interes biologic le face disponibile pentru aplicații în științele vieții și biomedicină, mai ales datorită răspunsului ultra-rapid al nanoparticulelor la stimuli optici. Obiectul acestor cercetări a fost de a investiga dinamica relaxării electronilor în nanoparticule de aur utilizând spectroscopia de absorbție rezolvată în timp. Din analiza semnalului tranzient de absorbție s-au obținut informații despre dinamica stărilor excitate, timpii lor de viață și mecanismul de relaxare al nanoparticulelor.
Emisia de fluorescenţă reflectă în mod direct proprietățile stărilor electronice excitate ale moleculelor în momentul revenirii la starea fundamentală printr-un mod radiativ. Spectroscopia de fluorescenţă rezolvată în timp poate oferi informații despre durata de viață a stărilor excitate și energia stării emițătoare în raport cu starea fundamentală. Implementarea acestei tehnici ca metodă rezolvată în timp presupune înregistrarea profilului de intensitate dependent de timp a luminii emise în urma excitării probei de către un puls laser ultra-scurt. 
Utilizându-se tehnici spectroscopice rezolvate în timp putem studia migrația sarcinilor în sisteme responsabile de fotosinteză extrase din cianobacterii și formarea de specii chimice noi în timp real. Astfel, ne propunem să elucidăm dinamica ultra-rapidă a stărilor excitate în antenele colectoare de energie extrase din cianobacterii și să dezvoltăm un model al transferului energetic în ficobilisomi. Caracterul de noutate constă în abordarea sistematică, de la ficobiliproteine (aloficocianină, ficocianină, ficoeritrină) până la întregul complex fotosintetic, care ne va permite să înțelegem atât influența gradului de asamblare a complexului asupra trasferului energetic, cât și mecanismul molecular prin care acest complex reușește să asigure un randament atât de mare al fluxului energetic.
Dr. Alexandra Fălămaș
Tags: Cercetare, INCDTIM Cluj Napoca
Parerea ta conteaza: 
Asemanator
Tranziția verde, posibilă prin echilibrul între cercetarea academică și inginerească- IMNR, pe drumul creării unui grup de excelență în domeniul aliajelor cu entropie înaltă
- ICECHIM București – 20 de ani de istorie modernă
- IFA 2024: retrospectivă și perspectivă
- Cercetători - universitari: echivalare cu dus-întors
- Octavian Mădălin Bunoiu, decorat cu Ordinul Național „Serviciul Credincios”
Alte articole scrise de
