Katedra Materiałów Optoelektronicznych

Obszary badań

Katedra Materiałów Optoelektronicznych (KMO) powstała w Instytucie Fizyki UKW w 2019 roku w wyniku szybkiego rozwoju założonego w roku 2017 w tym instytucie Zakładu Materiałów Optoelektronicznych. Pod kierownictwom prof. dr hab. Yuriya Zorenko zespół pracowników Katedry prowadzi zaawansowane badania naukowe oraz prace inżynieryjne na światowym poziomie nad syntezą nowoczesnych materiałów luminescencyjnych w postaci warstw monokrystalicznych prostych i złożonych tlenków metodą epitaksji z fazy ciekłej (metoda LPE). Warstwy monokrystaliczne tlenków wykorzystuje się, jako scyntylatory, ekrany katodoluminescencyjne i konwertory dla diod białych LED wysokiej mocy oraz jako obiekty wzorcowe do badań podstawowych właściwości optycznych tych materiałów. Metody charakteryzacji wytwarzanych materiałów luminescencyjnych polegają na badaniach struktury i morfologii warstw, oraz ich odpowiedników w postaci kryształów, proszków i nanoproszków metodami mikroskopii skaningowej, dyfrakcji rentgenowskiej oraz spektroskopii Ramana, a także porównawczych badaniach ich optycznych właściwości, takich jak absorpcja, katodoluminescencja, fotoluminescencja, rentgenoluminescencja i termoluminescencja łącznie z pomiarami EPR i NMR w celu określenia struktury centrów aktywnych optycznie. Wykorzystuje się również technikę spektroskopii luminescencyjnej czasowo rozdzielczej przy zastosowaniu wzbudzenia promieniowaniem synchrotronowym. Badane są też takie parametry jak wydajność scyntylacyjna oraz czasy zaników scyntylacji przy wzbudzeniu cząstkami alfa i beta oraz kwantami gamma.

W Katedrze także są poszukiwane nowe materiały organiczne w postaci cienkich warstw do wytwarzania paneli elektroluminescencyjnych, elementów optycznych, przełączników światła, fotowoltaicznych ogniw, polaryzacyjnych siatek dyfrakcyjnych oraz układów optycznie nieliniowych. Cienkie warstwy związków organicznych zarówno małocząsteczkowych jak i polimerowych nanoszone są na różne podłoża metodą termicznego naparowywania, wirowania (spin coating) jak i zanurzania (dip-coating). Innym badawczym problemem jest konstrukcja paneli elektroluminescencyjnych emitujących światło białe, jako oszczędnych źródeł energii elektrycznej. Stosowane w tych badaniach metody pomiarowe to foto- i elektro-luminescencja, fotoprzewodnictwo, termicznie stymulowane prądy, wyznaczanie głębokich poziomów metodą niestacjonarnych przebiegów pojemności (DLTS) i ładunku (Q-DLTS), pomiary ruchliwości metodą Van der Pauwa i czasów przelotu (TOF).

W Katedrze prowadzi się także badania właściwości optycznych półprzewodników i izolatorów w ekstremalnie wysokich ciśnieniach hydrostatycznych generowanych w kowadłach diamentowych (prof. dr hab. A. Suchocki). W tych warunkach dochodzi do znacznej kompresji tych materiałów (do kilkunastu procent objętości), co zmienia długości wiązań atomowych i prowadzi do zmian struktury pasmowej, zmian struktury krystalicznej oraz zmian dynamiki sieci krystalicznej. Efekty te są badane przy pomocy badań strukturalnych z użyciem promieniowania X i efektu Ramana oraz pomiarów luminescencji i absorpcji. Prowadzone są badania materiałów laserowych, półprzewodników, kwantowych struktur półprzewodnikowych oraz domieszek metali przejściowych i ziem rzadkich w tych materiałach. Badania te mają znaczenie dla zastosowań praktycznych tych materiałów w strukturach fotonicznych, w geologii, a także w biologii i medycynie.

Światowy poziom badań naukowych Katedry potwierdzają: (i) przyznanie prawa do organizowania w Bydgoszczy prestiżowych konferencji o światowym zasięgu EURODIM 2018 „Defects in Insulating Materials” oraz LUMDETR 2021 „Luminescent detectors and transformer of ionization radiation”, w których kierownik katedry prof. Yu. Zorenko pełnił funkcje przewodniczącego konferencji; (ii) przyznanie Uniwersytetowi Kazimierza Wielkiego roli lidera w konsorcjum naukowym, złożonym z jednostek z Polski, Niemiec, Belgii i Rosji do wykonania projektu badawczego Unii Europejskiej w Programie Horyzont 2020 (NANOLUX ID 286 „Nanoceramiczne fosfory dla diod białych wysokiej mocy na bazie domieszkowanych jonami Ce3+ i parami jonów Ce3+-Eu2+ granatów krzemianowych”, w którym prof. Yu. Zorenko pełni rolę koordynatora; a także (iii) realizacja 5 projektów krajowych Narodowego Centrum Nauki (Opus 4 No 2012/07/BS/ST5/02376 (2013-2016); Opus 11 No 2016/21/B/ST8/03200 (2017-2019), OPUS 13 No 2017/25/B/ST8/02932 (2013-2016);  Opus 16 No 2018/31/B/ST8/03390 (2019-2022) oraz Opus 1 No 2019/33/B/ST3/00406 (2020-2023), a także dwóch projektów Miniatura); (iv) liczne publikacje w czasopismach z listy JCR (ponad 110 prac w latach 2013-2019) oraz wystąpienia zaproszone i ustne na międzynarodowych konferencjach.

fot.1 Na zdjęciu pracownicy Katedry wraz z osobami współpracującymi z naszą jednostką: z tylu – dr Vitalii Gorbenko, prof. Yuriy Zorenko, dr Paweł Popielarski, doktorant Anton Markovskyi; w pierwszym rzędzie - doktorant Yurii Syrotych, mgr Tetiana Zorenko, prof. Andrzej Suchocki, doktorantka Sandra Witkiewicz.

fot. 2. Pracownik naukowo-techniczny Hubert Wrzesiński (po lewej), prof. dr hab. Yuriy Zorenko (w środku) oraz dr Oleg Viagin z Instytutu Materiałów Scyntylacyjnych w Charkowie (po prawej) na badaniach na stacji Superlumi (sierpień, 2012).