190 tys. zł przyznało Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego na projekt badawczy Joanny Bednarskiej, studentki chemii na Politechnice Wrocławskiej. Dzięki temu przez najbliższe trzy lata będzie mogła zająć się symulacjami dwufotonowych widm cząsteczek w roztworach
Dwufotonowa absorpcja to jedno ze zjawisk optyki nieliniowej. Już w 1931 r. przewidziała ją amerykańska fizyczka niemieckiego pochodzenia Maria Goeppert-Mayer. Nie miała jednak możliwości, by potwierdzić ją doświadczalnie, bo potrzebne są do tego lasery, a te wynaleziono dopiero 30 lat później. Dwufotonowa absorpcja polega na pochłonięciu przez atom lub cząsteczkę dwóch fotonów, co sprawia, że przechodzi ona ze stanu podstawowego do wzbudzonego, czyli zmienia swój poziom energetyczny. Ma inną naturę niż powszechnie znana absorpcja jednofotonowa, w której do wzbudzenia cząsteczki wystarczy jeden foton.
Zjawisko dwufotonowej absorpcji wykorzystuje się m.in. w ogranicznikach optycznych, dwufotonowej mikroskopii fluorescencyjnej, trójwymiarowej pamięci optycznej czy mikrofabrykacji.
Wiele laboratoriów optyki nieliniowej zajmuje się projektowaniem tzw. dwufotonowych absorberów, czyli cząsteczek, które są najbardziej skłonne do tego, by zaszedł u nich proces dwufotonowej absorpcji. Taką zdolność ma niewiele związków chemicznych, a nowe absorbery dwufotonowe są opracowywane na podstawie eksperymentalnych wyników pomiarów widm dwufotonowych.
Właściwości takich absorberów można jednak także przewidzieć dzięki metodom obliczeniowym chemii kwantowej. Pozwala to oszczędzić czas eksperymentatorowi, który poświęciłby na przeprowadzenie pomiarów, i pieniądze, jakie wydałby na próby syntezy takich związków dzięki temu, że wyniki obliczeń mogą wprost zasugerewać strukturę cząsteczki o interesujących nas właściwościach.
- Nie jest to jednak takie proste – podkreśla Joanna Bednarska. – Prawidłowe przewidywanie takich właściwości cząsteczek jest sporym wyzwaniem dla metod chemii kwantowej. Symulacje widm dwufotonowych z użyciem dokładnych metod chemii kwantowej trwają bardzo długo, ogranicza to więc ich praktyczne zastosowanie w projektowaniu dwufotonowych absorberów. Moim zadaniem będzie opracowanie nowego podejścia do tego problemu.
W praktyce zadanie studentki sprowadza się do obliczenia parametrów, od których zależy wynik symulacji widm dwufotonowych. Będzie do tego wykorzystywała szeroką paletę metod kwantowo-chemicznych i różne protokoły obliczeniowe, a pomogą jej w tym komputery o dużych mocach obliczeniowych we Wrocławskim Centrum Sieciowo-Superkomputerowym. Wiąże się to również z napisaniem przez nią szeregu programów, co będzie bardzo pracochłonne.
Dzięki projektowi Joanny powstanie oryginalne oprogramowanie, z którego będą w przyszłości korzystać studenci w pracach badawczych i dyplomowych z dziedziny chemii fizycznej i spektroskopii.
- Chemia teoretyczna należy do jednych z najtrudniejszych dziedzin chemii. Wymaga od badacza jednocześnie wiedzy matematycznej, informatycznej, chemicznej i fizycznej – podkreśla Joanna Bednarska. – Ale dlatego też jest taka fascynująca. Mnie przekonał do niej dr inż. Robert Zaleśny z Instytutu Chemii Fizycznej i Teoretycznej. Pokazał mi, jakie możliwości daje chemia teoretyczna i dlaczego warto się nią zajmować.
Opiekunem naukowym projektu studentki jest prof. Wojciech Bartkowiak, zastępca dyrektora Instytutu Chemii Fizycznej i Teoretycznej. Projekt będzie podstawą pracy doktorskiej Joanny. Znalazły się w nim także środki na zagraniczne staże studentki w Sztokholmie i Gironie oraz na udział w konferencjach naukowych. – Chciałabym wyjechać na konferencję „International Congress of Quantum Chemistry” w Pekinie, gdzie spotkają się chemicy teoretycy z całego świata – opowiada Joanna Bednarska.
Studentka podkreśla, że jej marzeniem od czasów liceum jest pozostanie na uczelni po obronie pracy doktorskiej. – Chcę być nauczycielem akademickim. Uwielbiam uczyć. Obserwowanie, jak ktoś pod moim okiem czyni postępy, sprawia mi ogromną przyjemność. To właśnie chciałabym robić w przyszłości.
Joanna Bednarska tylko w ostatnich latach trzykrotnie zdobyła stypendium rektora PWr dla studentów z najwyższą średnią, a także stypendium Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego za wybitne osiągnięcia.
W wolnym czasie studentka uprawia sportowy taniec towarzyski, w którym uzyskała wysoką klasę B. Trenuje go od pierwszego roku studiów. - Na razie ze względu na ogrom pracy związanej z projektem musiałam przerwać treningi, ale to na pewno nie koniec. Jeszcze wrócę do tańca – podkreśla Joanna.
Lucyna Róg
|