Znanost o grafenu i srodnim 2D strukturama

G2D_scheme_LRThe mission of the CEMS research unit Science of Graphene and Related 2D Structures (G2D) is to provide a framework for highly competitive level of research on the international level, which is focused on graphene and related 2D materials, to gather a team of scientists
capable of acquiring funding from most competitive EU and other international funding sources, and to promote research motivated by applications of direct interest for the Croatian hi-tech, SME, and industrial sectors. The synergy of the G2D and CEMS as a whole is ubiquitous for achieving those objectives.

The scientific focus of the G2D is on graphene, a 2D crystal of carbon atoms arranged in a honeycomb lattice, and follow-up 2D materials which complement graphene and extend versatility regarding physical and chemical properties and related applications. The research on graphene runs at an intensive pace for almost a decade now, being one of the most active fields in today’s scientific research in general. The potential of 2D materials to revolutionize technologies was recognized globally, which poured considerable research funding around this topic. For example, the Graphene flagship programme by the EU invests one billion Euro in the period 2013-2023 specifically in a direction of future emerging technologies (FET) based on graphene and follow-up 2D materials.

The capacities of the team are based on our own research results on graphene, which stands on equal footing with respect to industrially far more developed countries, as well as on a broad expertise concentrated in the team in versatile topics that can be streamed towards 2D materials-related topics. This enabled us to develop a concept based on a closed cycle of research involving different types of innovative synthesis, a broad range of characterization methods and a strong support in theoretical modelling, thus granting for G2D’s independence and open innovativeness. The strength of the team should be emphasized. All team members are in the middle or early stage of their career, highly productive, with the track records ranking them among top scientists in Croatia.

Fotonika i kvantna optika

Misija Istraživačke jedinice za fotoniku i kvantnu optiku Centra izvrsnosti za napredne materijale i senzore (CEMS-Fotonika) je izvođenje temeljnih istraživanjima u području fotonike i kvantnih efekata u neliearnoj optici te promocija fotonike i optike u Republici Hrvatskoj.

Glavni istraživački interesi naše grupe su: kvantno sprezanje, kvantna kriptografija, holografija u uvjetima niske razine svjetla, foton-bozon interakcija, kvantno računanje, kvantna slučajnost te razvoj tehnologije novih detektora i izvora svjetlosti.

Originalnost našeg pristupa je u korištenju kvantnih efekata, poput emisije i detekcije pojedinačnih fotona ili kvantnog sprezanja, kao ključnih alata u traganju za odgovorima na neka od važnih otvorenih pitanja u području fotonike i kvantne fizike. U fokuse našeg istraživanja spadaju: sigurnost i domet kvantne kriptografije, holografija objekata koji ne reflektiraju svjetlo, potraga za skrivenim bozonskim česticama izvan Standardnog Modela čestica, generiranje slučajnih brojeva, kvantno računanje i kvantno-potpomognuto računanje. Pri izvođenju pokusa koristimo razne fotoničke tehnike: inovativne detektore fotona koje sami razvijamo, pulsne izvore laserskog svjetla, jednostruke i dvostruke Fabry-Perot rezonatore, stabilizirane kontinuirane jednomodne lasere, femtosekundnu spektroskopiju, laersko pisanje te nelinearne efekte u homogenim ili periodičnim nelinearnim kristalima.

Ambiciozni istraživački program CEMS-Fotonike obuhvaća teme koje su na samoj znanstvenoj fronti znanstvenih istraživanja i imaju izvanredan potencijal za nova znanstvena otkrića i generiranje novih tehnologija, inovativnih metoda i uređaja s praktičnim primjenama.

Novi funkcionalni materijali

Uviđanje ključne uloge koju imaju istraživanja materijala za tehnološki napredak pokazalo se presudnim u ekonomskom razvoju modernih društava. Istraživanje materijala generiralo je brojne inovacije u područjima poput elektronike, informatičkih tehnologija, automobilskog i zračnog prijevoza, biomedicine, pohrane energije te u poslijednje vrijeme i nanotehnologija. Istraživačka jedinica CEMS-a Novi funkcionalni materijali (NFM) biti će posvećen sintezi, karakterizaciji, simulaciji i razvoju novih funkcionalnih materijala radi podrške i implementacije visokotehnoloških industrija u Hrvatskoj. Jedan od ciljeva Centra jest skupiti ekspertina znanja, povezati ljude i ostvariti interdisciplinarno istraživanje sa IRB laboratorijima u području znanosti o materijalima, grupe za razvoj senzora iz Končar – Institut za elektrotehniku d.d., Institut za fiziku i Zavod za fiziku i biofiziku Medicinskog fakulteta Sveučilišta u Zagrebu. Centar se temelji na već ostvarenim uspješnim istraživanjima materijala pri IRB i partnerskim institucijama, a okupit će vodeće istraživače te izuzetne mlade znanstvenike s novim idejama sinteze, karakterizacije i primjene novih metalnih oksida, poluvodiča, metala, keramika i elektronskih materijala u novim proizvodima. Priređeni materijali namijenjeni su poticanju kako temeljnih tako i primijenjenih istraživanja. Kombinacijom kemijskih i fizikalnih pristupa namjeravaju se ubrzati otkrića novih funkcionalnih materijala kroz inovacije sinteza, mjerenih metoda, modeliranja i primjena. NFM se odlikuje vrhunskom opremom za pripravu i karakterizaciju materijala i kvalitetnim znanstvenicima s čvrstim nastojanjima da se povežu s partnerima iz industrije. NFM će također sudjelovati u pružanju usluga dodatnog obrazovanja u cilju omogućavanja boljeg razvoja Zagreba i okolice, kao i suradnje s partnerskim Centrima izvrsnosti čitave Hrvatske. NFM će također surađivati i sa stručnjacima izvan akademske zajednice i ostvariti veze s vodećim industrijama u Hrvatskoj.

Fizika i tehnologija ionskih snopova

Ionski snopovi MeV-skih energija su standardni istraživački alat u mnogim područjima znanosti, od bazične nuklearne fizike do različitih primjena u istraživanjima materijala i medicinskoj fizici. Osim same upotrebe ionskih akceleratora, eksperimenti u tim različitim područjima fizike imaju mnoge druge zajedničke točke, npr. metode i tehnike u eksperimentalnom radu i obradi podataka. Krenuvši od tih zajedničkih pristupa eksperimentu, predlažemo ambiciozan plan istraživanja u analizi ionskim snopovima, fizici materijala, detektorima zračenja i niskoenergijskoj nuklearnoj fizici. Temeljna znanstvena oprema ovog prijedloga je akceleratorsko postrojenje Instituta Ruđer Bošković, koje je najveće istraživačko postrojenje u Hrvatskoj i jedino koje nudi međunarodni pristup opremi za istraživače EU kroz FP7 program. Najmodernije tehnike razvijene na postrojenju su odlična osnova za predložene teme istraživanja. Sljedeći važan element za uspjeh ovog centra je izučen, iskusan i međunarodno prepoznat kadar. Znanstvenici uključeni u ovaj prijedlog imaju ne samo potrebnu znanstvenu ekspertizu, nego i veliko iskustvo u vođenju međunarodno financiranih projekata.
Međudjelovanje ionskih snopova s materijom osnova je svih predloženih istraživanja. Poznavanje bazičnih procesa međudjelovanja koristi se za karakterizaciju nepoznatih uzoraka, osobito njihovog sastava. Novitet u ovom analitičkom pristupu je istraživanje procesa osjetljivih na kemijsku građu uzorka, kao što je ionskim snopom potaknuta desorpcija molekula s površine uzoraka, koje se nakon toga analiziraju masenom spektrometrijom. Za kontroliranu izradu novih materijala istražiti će se na nanometarskoj skali efekti koje ioni rade u materijalu, što može omogućiti razvoj novih alata za nanostrukturiranje. Poticaj ovim istraživanjima je nedavno otkriće uređenja nano-točaka pomoću ionskih snopova. Ozračivanje detektora zračenja mikro-snopom iona omogućuje istraživanje procesa sakupljanja naboja, što može voditi na razvoj novih vrsta detektora, a osobito onih otpornih na zračenje kao što je dijamant. Ove primjene imaju također važan utjecaj na bazična istraživanja u nuklearnoj fizici, gdje se izabrani ubrzani ioni sudaraju s jezgrama mete u svrhu izučavanja nuklearnih reakcija i strukture. Predložit će se eksperimenti na akceleratoru IRB-a i velikim međunarodnim postrojenjima kojima je cilj traženje ključnih odgovora za razumijevanje kolektivnih efekata u jezgrama (sparivanje, klasterizacija) i reakcija od važnosti za nuklearnu astrofiziku.
Naposljetku, razvoj vrhunske opreme, tehnika ozračivanja i analize, alata za strukturiranje materijala i srodnih tehnologija, osigurat će širu primjenu postojećeg znanja u drugim poljima istraživanja, primjenama od općeg značaja, te prijenosu znanja u industriju, što će imati veliki utjecaj na razvoj društva.