W opraciu o rozwiązanie Schwarzschilda omówione zostaną niektóre zjawiska zachodzące w pobliżu źródła pola grawitacyjnego o masie M, takie jak grawitacyjne przesuniecie widma światła, czy efekt sondowania radarowego małych ciał. Wyjaśniony zostanie też związek między współrzędnymi r i t a fizycznymi wiekościami takimi jak odległość i czas (własny).

Przydatna lektura:
WikiBooks: Metody matematyczne fizyki/Rachunek tensorowy
WikiBooks: Ogólna teoria względności

Kontynuowane będzie omawianie zagadnień z poprzedniego wykładu.

Przydatna lektura:
WikiBooks: Metody matematyczne fizyki/Rachunek tensorowy
WikiBooks: Ogólna teoria względności

W tym roku mija 100 lat od ukazania się w prasie naukowej artykułu, w którym Albert Einstein przedstawił ostateczne wyniki swojej kilkuletniej pracy nad uogólnieniem Szczególnej Teorii Względności na przypadek nieinercjalnych układów odniesienia. Ogólna Teoria Względności (OTW) uwzględnia oddziaływania grawitacyjne i opisuje je jako zakrzywienie czasoprzestrzeni pod wpływem znajdujących się w niej materii i energii. Wykład poświęcony będzie wprowadzeniu do OTW traktowanej jako teoria pól grawitacyjnych. Na wstępie zdefiniowanych zostanie kilka niezbędnych pojęć matematycznych z algebry liniowej, i w szczególności, z geometrii różniczkowej, takich jak tensor metryczny, linia geodezyjna, transport równoległy pola wektorowego, koneksja metryczna, dewiacja geodezyjna, tensor krzywizny, a następnie omówione zostaną równania Einsteina pola grawitacyjnego. Wprowadzone pojęcia zilustrowane zostaną na przykładzie 2-wymiarowej sfery. Następnie wyprowadzone zostanie rozwiązanie Schwarzschilda opisujące pole grawitacyjne w pustej przestrzeni wytwarzane przez statyczne, sferycznie symetryczne źródło – gwiazdę o masie M. Omówione zostaną własności geometryczne czasoprzestrzeni opisywanej tym rozwiązaniem, w tym czarne dziury.

Przydatna lektura:
WikiBooks: Metody matematyczne fizyki/Rachunek tensorowy
WikiBooks: Ogólna teoria względności

Fonon, czy fonony – to nie są często spotykane określenia, nawet w opracowaniach popularnonanukowych, o zwykłych publikatorach nie wspominając. Zajrzyjmy więc do lepszych źródeł. Internetowy „Słownik Języka Polskiego” (PWN) podaje: fonon – kwant energii drgań sieci krystalicznej, natomiast w Wikipedii znajdujemy: fonon – kwazicząstka, kwant energii drgań sieci krystalicznej o bozonowych własnościach. Encyklopedia Fizyki Współczesnej (PWN, stare, papierowe wydanie z ubiegłego stulecia) jest jeszcze bardziej zwięzła i pod hasłem fonon znajdujemy jedynie odsyłacz pod drgania sieci krystalicznej.

Wszystko jasne, nieprawdaż? Chyba jednak nie wszystko i dlatego przedmiotem wykładu będzie przybliżenie pojęcia fononów oraz wskazanie, że te egzotyczne kwazicząstki, na pograniczu fizyki klasycznej i kwantowej, co najmniej ułatwiają zrozumienie wielu obserwacji fizycznych. Wiele wątków pobocznych trzeba będzie z konieczności pominąć (wchodzą w zakres przynajmniej trzech wykładów uniwersyteckich!), ale nie da się rzetelnie opowiedzieć o fononach bez użycia kilku dodatkowych terminów fizycznych, ważnych ale nie występujących w podręcznikach szkolnych. Dodajmy, że choć pojęcie fononu istnieje w literaturze już od 87 lat, to fonony wciąż są badane, bo wciąż nie wiemy o nich tyle, ile chcielibyśmy wiedzieć.

W 1957 roku wyniesiono na orbitę pierwszego sztucznego satelitę. Od tej daty rozpoczęło się wykorzystanie przestrzeni kosmicznej w celach badawczych, komercyjnych i wojskowych. Obecnie, skala zaangażowania ludzkości w działalność w kosmosie jest ogromna i tylko wybrane zagadnienia można poruszyć w wykładzie. Omówię, w skrócie, historie eksploracji kosmosu, wykorzystanie satelitów dla potrzeb działalności na Ziemi, w badaniach układu słonecznego i badaniach dalekiego kosmosu do granic możliwości obserwacyjnych. Polski udział w badaniach kosmicznych również zostanie uwzględniony.

Podczas wykładu opowiem o najbardziej znanych paradoksach pojawiających się w szczególnej teorii względności na skutek błędnego jej rozumienia. Stosując prawidłowe rozumowanie, pozorne sprzeczności się nie pojawiają, a sama teoria ukazuje swoje nieintuicyjne konsekwencje.

Przez 38 lat od ukazania się Epizodu IV Gwiezdnych Wojen, ta filmowo-kosmiczna saga dominuje w świecie fantastyki naukowej. Co ukrywa się za fenomenem faktu, że dla kolejnych pokoleń widzów wszystkie Epizody pozostają nadal fascynujące swoim przekazem, że kolejne pokolenia młodych "padawanów" fascynują się świetlnymi mieczami, a Sokół Millenijny jest nadal niedoścignionym wzorem statku kosmicznego poruszającego się w "hiperprzestrzeni"? Zapewne to, że wyobraźnia twórców Gwiezdnych Wojen starała się być jak najbliżej możliwości rozwijającej się nauki. To będzie treścią naszego spotkania.

Celem wykładu jest zaznajomienie słuchaczy z językiem, postulatami i podstawowymi konsekwencjami szczególnej teorii względności. Poprzez porównanie do mechaniki galileuszowskiej wyjaśnię na czym polegają relatywistyczne efekty: względności równoczesności, skrócenia długości, dylatacji czasu. Aby uniknąć typowych nieporozumień, duży nacisk będzie położony na dokładne ujęcie tych efektów w języku związków matematycznych.

Celem wykładu jest zaznajomienie słuchaczy z językiem, postulatami i podstawowymi konsekwencjami szczególnej teorii względności. Poprzez porównanie do mechaniki galileuszowskiej wyjaśnię na czym polegają relatywistyczne efekty: względności równoczesności, skrócenia długości, dylatacji czasu. Aby uniknąć typowych nieporozumień, duży nacisk będzie położony na dokładne ujęcie tych efektów w języku związków matematycznych.

Emma Noether w 1918 r. pokazała, że podstawowe prawa przyrody związane są z symetrią (np. prawo zachowania energii wynika z symetrii względem przesunięć w czasie a prawo zachowania pędu - z symetrii względem przesunięć w przestrzeni). Zazwyczaj piękno w fizyce widzimy właśnie w symetrii praw fizycznych. Problem ten rozpatrzony zostanie na przykładzie równań Maxwella. Nie są one symetryczne (niezmiennicze) przy wzajemnej zamianie parametrów magnetycznych układu na parametry elektryczne. W 1931 r Paul Dirac postulował symetryczną formę równań Maxwella przyjmując istnienie w przyrodzie ładunków magnetycznych (monopoli). Rozpatrzymy konsekwencje tego założenia i próby obserwacji monopoli w tzw. „lodzie spinowym” oraz w układach chiralnych zawierających skyrmiony (przypominające wiry struktury magnetyczne). Opanowanie metod wytwarzania monopoli magnetycznych umożliwi rozwój nowej dziedziny techniki –magnetyczności (analog elektryczności). Omówione zostaną pierwsze wyniki badań w tej dziedzinie i dalsze perspektywy jej rozwoju.

Prąd elektryczny dobrze przewodzi wiele materiałów a oporność elektryczna metali i izolatorów może różnić się nawet o kilkanaście rzędów wielkości. W metalach, takich jak miedź, złoto czy glin, ogromna (10²² – 10²³ cm^-3) koncentracja swobodnych nośników ładunku elektrycznego (elektronów) dostępna jest nawet w temperaturach bliskich zera absolutnego a oporność elektryczna metali ma skończoną wartość. Podobnie jest w półmetalach, takich jak bizmut czy grafen, choć koncentracje nośników ładunku są w nich kilka rzędów wielkości mniejsze. W półprzewodnikach natomiast (np.: krzemie, arsenku galu czy azotku galu) koncentracją elektronów lub dziur przewodnictwa można sterować poprzez kontrolowane wprowadzanie do kryształów obcych jonów o walencyjności innej niż walencyjność pierwiastków, z których zbudowany jest półprzewodnik. Nośniki ładunku elektrycznego są zwykle w półprzewodnikach generowane w procesie wzbudzeń termicznych poprzez odpowiednie przerwy energetyczne a w temperaturze zera bezwzględnego oporność półprzewodników i izolatorów dąży do nieskończoności. Tak spektakularne różnice we właściwościach elektrycznych materiałów mają swoje źródło w ich różnej strukturze elektronowej oraz różnorodnych mechanizmach transportu ładunku w kryształach (transport dyfuzyjny lub balistyczny, mechanizm przeskoków). Zjawiska te będą omówione na przykładzie kluczowych współczesnych materiałów z wykorzystaniem podstawowego modelu Drudego oraz idei wynikających z równania Boltzmanna. Pokazane zostanie także jak ustalony od dawna kluczowy podział materiałów na metale (półmetale) i izolatory (półprzewodniki) został ostatnio wzbogacony o nową klasę materiałów elektronicznych - izolatory topologiczne, w których w wyniku efektów relatywistycznych w strukturze elektronowej izolującym właściwościom objętości kryształu nierozłącznie towarzyszą metaliczne właściwości ich powierzchni.

W ostatniej części wykładu opowiem o zasadzie superpozycji, zasadzie nieoznaczoności Heisenberga i ich konsekwencjach dla możliwości przewidywania wyników pomiarów. W ostatniej części podsumuję cały cykl przypominając najważniejsze fakty i postulaty, na których opiera się mechanika kwantowa.

W referacie omówię perspektywy wykorzystania energii słonecznej, a także powiem o zbliżającej się katastrofie ekologicznej wynikającej ze zmian klimatycznych spowodowanych efektem cieplarnianym. Omówię szanse wprowadzenia na szeroką skalę elektrowni opartych o baterie słoneczne i o trendach w rozwoju przyrządów fotowoltaicznych. Skoncentrowane prace doprowadziły do „złamania” bariery ekonomicznej co umożliwia szersze wykorzystanie energii słonecznej w przyrządach. W referacie omówię również prace które prowadzimy w tej dziedzinie w Zespole ON-4.2 w Instytucie Fizyki.

Druga część wykładu będzie poświęcona różnym własnościom funkcji falowej i równania Schrödingera. Na przykładzie oscylatora harmonicznego opowiem jak należy rozumieć tzw. "kwantowanie" dostępnych energii. Przedstawię ogólny schemat rozwiązywania równań dynamiki i zasygnalizuje na czym polegają podstawowe trudności. W końcowej części wykładu opowiem jak w tym świeżo poznanym języku mechaniki kwantowej opisuje się spin cząstki kwantowej. Wtedy okaże się jasne dlaczego to pojęcie nie ma swojego odpowiednika w świecie klasycznym.

Poszukiwanie alternatywnych źródeł energii i sposobów na ograniczanie jej zużycia jest jednym z priorytetowych kierunków badań współczesnej nauki. Prowadzone intensywnie w ostatnich latach badania nad zjawiskiem termoelektryczności w różnych materiałach pokazały, że kierunek ten, obok badań nad ogniwami fotowoltaicznymi, jest jednym z bardziej obiecujących z punktu widzenia efektywniejszego gospodarowania energią. Po omówieniu fizycznych podstaw efektów Seebecka i Peltiera (odkrytych na początku XIX wieku), przedstawię zalety konstrukcji generatorów i chłodziarek termoelektrycznych. Następnie skoncentruję się na omówieniu najnowszych koncepcji materiałowych takich jak nanostrukturyzacja, mających na celu zwiększanie wydajności termoelektrycznej materiałów jak i samych przyrządów termoelektrycznych. Przybliżę również wyniki badań prowadzonych w tym względzie w naszym Instytucie w obrębie systemu materiałowego PbTe-CdTe.

Ilość informacji wytworzonej w zeszłym roku odpowiada zawartości cyfrowej 10¹⁶ książek lub 10¹¹ filmów trójwymiarowych i oczekuje się, że będzie się podwajała co dwa lata. Równocześnie zużycie energii związanej z wytwarzaniem, przetwarzaniem, przesyłaniem i przechowywaniem informacji odpowiada obecnie produkcji 50. elektrowni jądrowych i jest wyższa niż energia zużywana przez przemysł papierniczy. Sytuacja ta, związana z nienasyconymi oczekiwaniami przemysłu rozrywkowego, eksplozją ilości danych naukowych/technicznych/biznesowych, wszechogarniającą automatyzacją, oraz potrzebami ochrony zdrowia i bezpieczeństwa, wymaga radykalnych ulepszeń technologii informacyjno-komunikacyjnych.
W odczycie, po dygresji na temat historii i pionierów tej dziedziny, przedstawię fizyczne podstawy nowych rozwiązań, które pozwalają na nieustanny postęp w dziedzinie osprzętu komputerowego, a które wykraczają poza prostą miniaturyzacje istniejących przyrządów. Pokreślę rolę nowych materiałów i oryginalnych pomysłów, które prowadzą do rewolucyjnych innowacji. Przesłaniem wykładu będzie ukazanie, w jaki sposób proste prawa fizyczne umożliwiają budowę złożonych systemów informatyczno-komunikacyjnych, które są u podstaw rozgrywającej się na naszych oczach rewolucji informacyjnej.

Celem wykładu jest zaznajomienie słuchaczy z podstawowymi zagadnieniami współczesnej mechaniki kwantowej. Po krótkim wprowadzeniu niezbędnych pojęć matematycznych wytłumaczę koncepcję funkcji falowej – kluczowego pojęcia, którym posługuje się teoria kwantowa. W tym miejscu opowiem o probabilistycznej interpretacji funkcji falowej i jej związku z doświadczeniem. Następnie, poprzez analogię do II zasady dynamiki Newtona, wprowadzę równanie Schrödingera, które opisuje ewolucję funkcji falowej w czasie. W tym miejscu okaże się jasne dlaczego teoria kwantowa, choć operująca prawdobodobieństwami, jest teorią deterministyczną. Bazując na prostym przykładzie pokażę przykłady rozwiązań równania Schrödingera.

Dotychczasowe badania białek odbywały się na podstawie reakcji chemicznych z makroskopową liczbą molekuł. W ostatniej dekadzie pojawiły się narzędzia pozwalające badać pojedyncze molekuły białek. Wśród nich jest mikroskop siły atomowej, który pozwala manipulować takimi molekułami – na przykład rozciągać. Zrozumienie tych doświadczeń wymaga również zaangażowania modelowania numerycznego. Wykład opowie o podstawach modelowania w ramach uproszczonych modeli i o wynikach uzyskanych w IF PAN, w tym dotyczących nanoindentacji otoczek wirusów.

W trakcie pierwszego wykładu (20 luty 2015) dokonałem przeglądu materiałów nadprzewodzących i omówiłem ich podstawowe właściwości. W trakcie obecnego wykładu wyjaśnię, jak zachowuje się nadprzewodnik w polu magnetycznym, wprowadzę pojęcie nadprzewodników I i II rodzaju, stanu mieszanego (w nadprzewodniku mogą współistnieć obszary nadprzewodzące i normalne). Przedstawię zarys fenomenologicznej teorii Ginzburga-Landaua, dzięki której wiemy jak powiązać wielkości takie jak pierwsze i drugie pole krytyczne z parametrami mikroskopowymi – długością koherencji i głębokością wnikania pola magnetycznego. Wyjaśnię pojęcie prądu krytycznego (największego prądu, który może płynąć przez nadprzewodnik bez strat) oraz pokażę, w jaki sposób w danym nadprzewodniku można zwiększać wartość tego prądu. Mikroskopowy mechanizm nadprzewodnictwa zrozumiano dopiero po 50 latach od odkrycia tego zjawiska. Dokonali tego trzej amerykańscy fizycy: Bardeen, Cooper i Schrieffer – twórcy teorii, którą obecnie nazywa się teorią BCS. W trakcie wykładu wprowadzę pojęcie „par Coopera” – nośników prądu nadprzewodzącego oraz wyjaśnię dlaczego pary Coopera nie są rozpraszane, czyli dlaczego prąd nadprzewodzący może płynąć bez strat. Zachowanie nadprzewodnika w polu magnetycznym zilustruję pokazem lewitacji magnesu nad nadprzewodnikiem YBa₂Cu₃O_7-x schłodzonym do temperatury ciekłego azotu (77 K).

Pytanie o istnienie życia pozaziemskiego jest jednym z wielkich egzystencjonalnych dylematów nurtujących naszą cywilizację. Nadejście epoki lotów kosmicznych w połączeniu z burzliwym rozwojem astronomii pozwoliło na wykroczenie poza dociekania filozoficzne i na podjęcie prób udzielenia obserwacyjnej odpowiedzi na to pytanie. Wiemy już wiele o naszym układzie słonecznym, a także o występowaniu planet wokół innych gwiazd. Staramy się też ustalić czy w innych układach planetarnych spełnione są podstawy molekularne dla jedynej znanej nam postaci życia, czyli opartego na chemii związków węgla w środowisku wodnym. Informacji udziela nam radioastronomia, wykorzystująca skwantowane zjawisko rotacji cząsteczek. Metoda ta pozwoliła już na identyfikację ponad 150 różnych związków chemicznych w międzygwiazdowych obłokach molekularnych będących wylęgarniami nowych układów słonecznych. Najbardziej emocjonujące jest poszukiwanie tzw. „cegiełek życia” i wykład omówi kilka takich przygód badawczych, łączących pomiary laboratoryjne z obserwacjami przy pomocy najlepszych współcześnie radioteleskopów.

Synchrotrony i lasery na swobodnych elektronach są dzisiaj najbardziej zaawansowanymi (i największymi) źródłami światła wykorzystywanymi w nauce. Szeroki dostęp do synchrotronów 3. generacji zapoczątkował, ponad trzydzieści lat temu, nową erę w badaniach nanostruktur, co doprowadziło do znacznego postępu w wielu dziedzinach nauki i technologii.

W ostatniej dekadzie obserwujemy szybki rozwój źródeł promieniowania synchrotronowego 4. generacji - krótkofalowych laserów na swobodnych elektronach (ang. FEL – Free Electron Lasers). W odróżnieniu od klasycznych laserów optycznych, do generacji światła nie potrzebują one ośrodka czynnego ani wnęki rezonansowej i mogą działać również w zakresie rentgenowskim emitując spójne promieniowanie monochromatyczne w superkrótkich impulsach o czasie trwania rzędu kilku-kilkudziesięciu femtosekund (1 fs = 10^-15 s.) i o szczytowej mocy dochodzącej do kilku GW.

Lasery FEL pozwalają złamać fundamentalne ograniczenia, jakimi dla badań z użyciem promieniowania rentgenowskiego są zniszczenia radiacyjne. Oznacza to nowe fantastyczne możliwości badania sekretów nanoświata, także struktur biologicznych, z niespotykaną rozdzielczością czasową i przestrzenną. Z pomocą tych źródeł, stosując bardzo duże dawki promieniowania, możemy badać nawet pojedyncze makromolekuły uzyskując informację strukturalną zanim obiekt ulegnie całkowitemu zniszczeniu. Sposób ten umożliwia badanie zarówno kryształów, małych nanokryształów, jak i materiałów niekrystalicznych.

Podczas krótkiej wycieczki do świata rentgenowskich źródeł promieniowania synchrotrono-wego, wyjaśnimy zasadę ich działania i omówimy wybrane przykłady zastosowań wskazują-cych jak duże znaczenie dla naszej przyszłości mają badania za pomocą tych urządzeń.

Rewolucja informatyczna naszych czasów jest bezpośrednim wynikiem rozwoju technologii wytwarzania obwodów elektronicznych w coraz mniejszej skali. Obecne mikroprocesory zawierają elementy przewodzące o rozmiarach rzędu dziesiątków nanometrów. Czy można je jeszcze bardziej zmniejszyć? Okazuje się, że droga ta prowadzi poza horyzont fizyki klasycznej. Za nim leży KRAINA KWANTÓW. Podczas badania tego królestwa musimy porzucić znane ścieżki klasyczne i wejść na niezwykłe, wręcz sprzeczne ze zdrowym rozsądkiem, probabilistyczne drogi mechaniki kwantowej. W czasie obecnego wykładu powiemy sobie co się dzieje w bardzo, bardzo cienkich przewodnikach, w jaki sposób ujawnia się tam kwantowa natura elektronów.

W ostatnich latach coraz częściej w artykułach z zakresu fizyki magnetyzmu spotykamy się takimi słowami jak chiralilty, helicity, vortex czy antivortex. Pojęć tych nie spotykamy (jeszcze?) w tradycyjnych podręcznikach magnetyzmu, choć znane są one, lepiej lub gorzej, w innych dziedzinach fizyki oraz w niektórych innych naukach.
Wydaje się zatem, że warto je poznać bliżej i uporządkować; tym bardziej, że w praktyce bywają one mylone między sobą lub są wręcz źle rozumiane/stosowane. Ich przybliżenie będzie zatem głównym przedmiotem prezentacji. Jest to ważne nie tylko ze względów czysto poznawczych ale i praktycznych (pamięci dużej gęstości). Nie można przy tym nie wymienić pewnej liczby nazwisk, zarówno naukowców krajowych jak i zagranicznych, mniej lub bardziej aktywnych w tej dziedzinie.
Tematyka jest fascynująca, a jej poznanie nie wymaga znajomości żadnych wzorów.

Zjawisko nadprzewodnictwa odkryto ponad sto lat temu, w roku 1911. Przejawia się ono w ten sposób, iż poniżej pewnej temperatury, temperatury krytycznej T_c, znika opór elektryczny, a z wnętrza nadprzewodnika zostaje całkowicie wypchnięte pole indukcji magnetycznej (zjawisko Meissnera). Zjawisko Meissnera jest bardziej fundamentalną cechą stanu nadprzewodzącego niż zanik oporu, gdyż świadczy ono o tym, iż przejście do stanu nadprzewodzącego jest przejściem fazowym. Początkowo znano tylko nadprzewodniki o niskich temperaturach krytycznych rzędu kilku, co najwyżej kilkunastu kelwinów, z reguły były to metale lub stopy metaliczne. Pod koniec lat osiemdziesiątych XX w. odkryto szereg nadprzewodzących związków o T_c > 77 K (temperatura ciekłego azotu). Materiały te nazwano nadprzewodnikami wysokotemperaturowymi; są to złożone ceramiczne materiały tlenkowe (a więc w stanie normalnym izolatory) zawierające miedź. Urealniły się możliwości praktycznych zastosowań tego zjawiska (np. przesyłanie prądu bez strat, lewitujące pociągi, magnesy nadprzewodzące). Poszukiwania nowych nadprzewodników o coraz wyższych temperaturach krytycznych doprowadziły do odkrycia nadprzewodników na bazie żelaza – co było dużym zaskoczeniem, gdyż w zdecydowanej większości materiałów nadprzewodnictwo i uporządkowanie magnetyczne wykluczają się wzajemnie. Co więcej, materiały te wykazywały stosunkowo wysokie temperatury krytyczne, mimo, iż nie zawierały miedzi, która jak sądzono była „obowiązkowym” składnikiem nadprzewodników wysokotemperaturowych.. O ile istnieje teoria mikroskopowa tłumacząca mechanizm nadprzewodnictwa w nadprzewodnikach niskotemperaturowych (klasycznych), to ciągle nie znamy mechanizmu nadprzewodnictwa wysokotemperaturowego.

Na wykładzie wyjaśnię mechanizm laserowego chłodzenia atomów. Pokażę, jak wykorzystując światło można spowolnić ruch atomów. W roku 1997 Steven Chu, William D. Phillips and Cloude Cohen-Tannoudji otrzymali nagrodę Nobla za opracowanie technik chłodzenia atomów światłem. Następnie opowiem jak uczonym udało się jeszcze bardziej obniżać temperaturę gazu, doprowadzając atomy niemalże do całkowitego bezruchu. Tak zimny gaz atomowy jest najzimniejszym układem fizycznym we Wszechświecie. W temperaturach rzędu nanokelvinów zachowaniem atomów rządzą prawa fizyki kwantowej. Kwantowe efekty związane z nierozróżnialnością cząstek są odpowiedzialne za powstanie kondensatu Bosego-Einsteina. W roku 2001 Eric A. Cornell, Carl E. Wieman i Wolfgang Ketterle zostali uhonorowani Nagrodą Nobla za uzyskanie atomowego kondensatu Bosego-Einsteina. Na wykładzie krotko omówię podstawowe własności atomowego kondensatu.

Energia oczywiście nie jest ani zielona ani czerwona. W moim wystąpieniu będę mówił o pracach prowadzonych w laboratoriach na całym świecie mających na celu wprowadzenie nowych źródeł energii nie tylko wydajniejszych, ale także bardziej ekologicznych. Krótko powiem o zagrożeniach dla naszej cywilizacji wynikających z użycia konwencjonalnych i nieodnawialnych źródeł energii.

Choroba Alzheimera (AD) dotyka około 15 mln ludzi na świecie. W Polsce jest prawdopodobnie około 300 000 osób z objawami tej choroby. Mimo, że choroba ta została po raz pierwszy zdiagnozowana 100 lat temu, jej mechanizm nie jest poznany. Nie ma też skutecznych lekarstw. Częstym efektem tej choroby jest stosunkowo szybki zanik neuronów odpowiedzialny za utratę pamięci. Do teraz nie znana jest wczesna diagnostyka AD, nie ma też skutecznego lekarstwa. Dostępne terapie ograniczone są do leczenia objawowego.

Celem naszych badan jest zbudowanie sensora zdolnego do detekcji patologicznych komórek biologicznych przydatnego do detekcji wczesnych faz wybranych chorób występujących u człowieka. Wykład będzie poświęcony omówieniu naszych wyników:

• syntezy magneto-optycznych sond fluorescencyjnych
• syntezy up-konwertujących nanocząsteczek do foto-dynamicznej terapii
• wytwarzanie nanowłókien półprzewodnikowych
• budowy nano tranzystorów polowych typu Chem-FET, Bio-FET
• wprowadzenia ich do wnętrza komórek nowotworowych

Zakładam ogólną znajomość (na poziomie Wikipedii) takich pojęć jak: spin, moment magnetyczny, równania Maxwella, wzbudzenia w kryształach (fonony, magnony), entropia. Jeśli nie znacie tych pojęć, sugeruję zapoznanie się z nimi przed wykładem.

Na podstawie równań Maxwella wprowadzone zostanie pojęcie ładunku magnetycznego (monopola magnetycznego) i przedstawiona zostanie hipoteza Diraca dotycząca istnienia cząstek elementarnych typu monopoli. Monopoli Diraca nie udało się dotychczas zaobserwować. Omówione zostaną poszukiwania kryształów, w których mogą istnieć monopole magnetyczne, na przykładzie układów spinowych typu lodu spinowego. Podana zostanie definicja lodu spinowego i przeanalizowane zostaną podobieństwa między lodem z wody, a lodem spinowym. Pokazane zostanie, że wzbudzenia elementarne w lodzie spinowym mają postać monopoli magnetycznych. Przedyskutowane zostaną podstawowe właściwości monopoli magnetycznych (w porównaniu z monopolami Diraca), a także ruch monopoli generujący prąd magnetyczny (analogia do prądu elektrycznego będącego ruchem ładunków elektrycznych). Możliwość generacji prądu magnetycznego potwierdzono metodami pośrednimi (np. przez pomiar namagnesowania lodu spinowego). Generacja prądu magnetycznego powinna umożliwić powstanie nowego działu nauki i techniki – magnetyczności (lub inaczej magnetroniki; ang. magnetricity, magnetronics – nie ustalono jeszcze odpowiedniej terminologii w języku polskim i angielskim). Wspomniane monopole istnieją tylko w zakresie bardzo niskich temperatur (kilkaset mK), co bardzo ogranicza obecnie ich wykorzystanie w technice. W oparciu o współczesne metody wytwarzania układów spintronicznych (elektronolitografię) wytwarza się już dwuwymiarowe sztuczne (nieistniejące w przyrodzie) analogi układów typu lodu spinowego. Dla układów takich przeprowadzono symulacje komputerowe wskazujące na możliwość generowania w temperaturze pokojowej monopoli magnetycznych i prądu magnetycznego. Dotychczas obserwowano istnienie monopoli w tych układach metodami mikroskopii sił magnetycznych i różnymi metodami pośrednimi (np. metodą rezonansu mikrofalowego). Brak jest dotychczas doniesień na temat generacji i pomiarów prądu magnetycznego w sztucznym lodzie spinowym. Wydaje się, że takie prace pojawią się już w najbliższych miesiącach (być może w Instytucie Fizyki PAN).