Dr hab. inż. Andrzej Żak, prof. uczelni zdobył prestiżowy grant SONATA BIS 15 od Narodowego Centrum Nauki na realizację projektu „Probing nanoscale phase dynamics in liquid crystals and its hybrid systems with free electrons”. Kwota dofinansowania wynosi 3,96 mln zł, a projekt uplasował się na drugim miejscu listy rankingowej w panelu ST – spośród 254 zgłoszonych wniosków. To nie tylko imponujący wynik statystyczny. To potwierdzenie, że badania prowadzone na PWr należą do ścisłej krajowej czołówki.

Projekt naszego naukowca zakłada wykorzystanie wiązki elektronów jako swoistego „rysika termicznego”, który pozwoli z niespotykaną dotąd rozdzielczością kreować w ciekłych kryształach określone struktury i wzory.

Impulsem do rozpoczęcia projektu był zbieg okoliczności. Zespół dr. hab. inż. Andrzeja Żaka, prof. uczelni podczas obserwacji ciekłego kryształu w transmisyjnym mikroskopie elektronowym zauważył, że wiązka elektronów — która miała jedynie obrazować materiał — zaczęła dostarczać do niego energię. Efekt okazał się zaskakujący: lokalne, kontrolowane przemiany fazowe wywołane przez samą wiązkę. Elektrony działały jak niezwykle precyzyjny, nanometryczny grzejnik. 

To odkrycie otworzyło zupełnie nową perspektywę. Mikroskop przestał być wyłącznie narzędziem obserwacyjnym. Stał się instrumentem ingerującym w materię — zdolnym do jej lokalnego przekształcania.

Badania będą miały charakter kompleksowy. Najpierw zespół skoncentruje się na fundamentalnym zrozumieniu fizyki zjawiska — określeniu, w jaki sposób energia wiązki wpływa na różne typy ciekłych kryształów i jakie parametry pozwalają precyzyjnie kontrolować przemiany fazowe. Następnie materiały zostaną wzbogacone o metaliczne nanocząstki, między innymi złota, które mogą działać jak lokalne wzmacniacze efektu grzewczego. Równolegle rozwijane będą zaawansowane modele teoretyczne i symulacje komputerowe.

Głównym celem jest wytworzenie rzeczywistych, działających układów optycznych, takich jak miniaturowe i przestrajalne soczewki czy siatki dyfrakcyjne, a kluczem do jego osiągnięcia będzie rozwój nowatorskiej metody 4D-STEM. – Pozwoli on opisać każdy punkt obrazu jako dwuwymiarową informację dyfrakcyjną, co znacząco zwiększa zakres i precyzję analizy struktury materiału – tłumaczy prof. Andrzej Żak.

Projekt ma także istotny wymiar teoretyczny. Wstępne wyniki badań wskazują na zaskakujące różnice między przewidywaniami symulacji a obserwacjami eksperymentalnymi. Sugeruje to, że w skali mikroskopowej zachowanie materiału może odbiegać od dotychczasowych modeli opisujących właściwości materii. – Otwiera to przed nami zupełnie nowe, intrygujące kierunki badań podstawowych – podsumowuje laureat z Wydziału Chemicznego.