Az MTA 1997-ben alapított, magas presztízsű, országos ösztöndíjának célja a kiemelkedő kutatás-fejlesztési teljesítmény ösztönzése és elismerése a fiatal kutatók körében, valamint az MTA doktora cím elnyerésére való felkészülés elősegítése. A Bolyai-ösztöndíj akadémiai támogatásként hidat képez az MTA, az MTA doktorai és a fiatal kutatói generáció tagjai között. Fontos, hogy az utóbbiak számára a PhD-fokozat megszerzése után kiszámíthatóságot, tervezhetőséget biztosítson az önálló kutatói pálya megkezdéséig terjedő időszakban. Az idei 792 érvényes pályázó közül 156-an kaptak támogatást. Három fizikusunk – Budai Judit, Major Balázs és Pápa Zsuzsanna – is a nyertesek között volt.
A hároméves ösztöndíja alatt Budai Judit, az Ultragyors Nanotudomány Csoport tudományos munkatársa a fény-anyag kölcsönhatást vizsgálja. E jelenség során a fény először a közegbeli elektronokat gerjeszti, de nem mindegy, hogy mennyi elektron gerjesztődik, azoknak milyen az energiája, illetve milyen gyorsan adódik át ez az energia a környező rendszernek. Ez a folyamat különböző anyagoknál/rendszereknél jelentősen eltér, ugyanakkor ezek az információk alapvetők az alkalmazások szempontjából.
„A célom az előbbi folyamatok vizsgálata az intézetünkben megépített ultragyors ellipszométeres berendezésünkkel. Ultragyors ellipszometriával korábban is foglalkoztam, de ez az eszköz egyedülálló időfelbontásának köszönhetően páratlan vizsgálati módszerrel segíti a munkát” – ismertette a terveit Budai Judit. A fizikust alapvetően az érdekli, hogy a különböző félvezetőknél, fémeknél, plazmonikus rendszereknél ezek a tulajdonságok hogyan változnak, hogyan függenek az anyag szerkezetétől és összetételétől, az elektrongerjesztés mechanizmusától, hiszen más történik a fény-anyag kölcsönhatásnál, illetve a plazmongerjesztésnél.
Budai Judit arra is választ keres, hogy milyen esetben gerjeszthetők nagyenergiájú elektronok. Az ilyen, úgynevezett „forró elektronok” ugyanis több alkalmazásnál is szóba jöhetnek. Ilyen lehet kémiai reakciók katalízisének hatékonyabbá tétele, illetve a napelemek működésének javítása. Emellett minden olyam folyamatnál hasznosak lehetnek, ahol a fényenergiát átalakítjuk. A napelemeknél például a fényenergiából elektromos energia lesz, a katalízis során pedig a kémiai reakcióknál hasznosul a fény energiája. A kutató szerint az ösztöndíj az említett folyamatok alapos tanulmányozását, a felmerülő kérdések megválaszolását segíti.
Pápa Zsuzsanna, Major Balázs és Budai Judit
„A támogatás egy adott kutatás ösztönzésére szolgál. A kutatási terv egy, két és három évre szólhat, én kétéves programot nyújtottam be” – mondta el Major Balázs, intézetünk tudományos főmunkatársa, a Másodlagos Források Osztálya csoportvezetője, aki szerint a kiírók nem várták el, hogy a pályázók olyan kutatást indítsanak, ami korábban nem szerepelt a portfóliójukban.
Tudományos főmunkatársunkat egy ideje a lézerfizika lehetséges képalkotó alkalmazása foglalkoztatja biológiai kutatásokban - pontosabban biológiai minták, biológiai alkotóelemek elemzése extrém ultraibolya sugárzás segítségével. Ez a lehetőség reményei szerint nagyobb felbontóképességet tesz lehetővé, mint az optikai mikroszkópok, akár a szuperrezolúciós mikroszkópok felbontóképességet is megközelítheti.
Ha sikerrel jár, kivédheti a röntgensugárzással járó elemzés egyik hátrányát, nevezetesen, hogy ebben az esetben a képalkotás folyamata tönkreteszi a mintát. A szuperrezolúciós elemzésnél pedig az lehet probléma, hogy ott kell egy marker, amivel megjelölik a vizsgált anyagot. Major Balázs módszeréhez nem kell festékanyag, illetve a sugárzás sem károsítaná a biológiai mintát. A kísérlethez a prágai társintézmény, az ELI Beamlines egyik másodlagos forrása lenne optimális, de a mi HR-lézerünkkel keltett magasharmonikusok is nagy reményekkel kecsegtetnek.
Az Ultragyors Nanotudomány Csoport tagjaként nyert két éves ösztöndíjat Pápa Zsuzsanna, aki a plazmonikus nanorészecskék, és plazmonikus fémfelületek létrehozásán és vizsgálatán dolgozik. A plazmonikus tulajdonság azt jelenti, hogy ezekben a kisméretű fémmintázatokban, vagy fémfelületek mentén bizonyos körülmények között elérhető, hogy ha fénnyel megvilágítjuk őket, akkor a bennük lévő elektronok közös, oszcilláló mozgásba kezdjenek. Ezzel a fény energiáját a nanorészecskék közelébe, vagy a fémfelületekre lehet koncentrálni. Hogy ez miért jó?
„A nanorészcskéknél ez a tulajdonság azt is jelenti, hogy a fényt sokkal kisebb térfogatba tudjuk koncentrálni, mint optikai eszközökkel (pl. lencsék). Ezt ki lehet használni érzékeny szenzorok fejlesztésében, napelemek hatékonyabbá tételében. Mi ezeknek a nanorészecskéknek már számos alapvető tulajdonságát feltártuk, most az a célom, hogy olyan komplex nanorészecskét tervezzek, amelyben fénnyel tudjuk változtatni/kontrollálni azt, hogy hol legyen nagy a térkoncentráció. Ezzel kémiai folyamatok lejátszódását tudjuk nanométeres tartományban elősegíteni vagy akadályozni” – tájékoztatott Pápa Zsuzsanna.
Hasonlóan a fémfelületek esetén is szeretne az alkalmazások felé elmozdulni. A fémfelület mentén keltett elektronoszcilláció nem marad egyhelyben, mint a nanorészecskék esetén, hanem nagy távolságokra képes eljutni, mint egy vízhullám. Ennek az információtovábbításban és a fényalapú áramkörökben lehet fontos szerepe. A fény ugyanis sokkal gyorsabb működést tesz lehetővé, mint a hagyományos elektronikai eszközök, viszont ehhez az kell, hogy a plazmonhullám időben nagyon rövid legyen. Pápa Zsuzsanna ennek a nagyon rövid plazmonhullámnak az előállítási lehetőségeit tervezi vizsgálni.
A két projekt megvalósításához a nanofabrikációs labor eszközparkja ad lehetőséget. Az elektronsugaras litográfiás berendezés és a fókuszált ionsugaras berendezés a megfelelő minták legyártását teszi lehetővé, az optikai közeltér mikroszkóp pedig a kialakuló plazmonterek közvetlen megjelenítésére használható.
Fotók: Balázs Gábor
Szöveg: Ötvös Zoltán