Проекти

ПЛАНОВИ ЗАДАЧИ

Планирани научни проекти за 2017г.

Планирани научни проекти за 2015г.


ДОГОВОРИ С ФНИ при МОН

 

Договор № КП-06-Н37/7
Ръководител: доц. д-р Карекин Есмерян
Тема: Изследване на влиянието на физикохимичните характеристики на свръхнеомокряеми покрития от въглеродни сажди върху техните ледофобни свойства

Продължителност: 12.2019 – 12.2022

Настоящият проект съчетава най-новите разработки в областта на инженерството, физиката и химията, с нови познания за динамичното и статично взаимодействие на водни капки с твърдотелни обекти, и произтичащите процеси на масо- топлообмен, с цел да се изяснят в по-голяма степен фундаменталните причини за разликите в противообледеняващото действие на свръхнеомокряеми покрития с разнообразен физикохимичен профил (структура, морфология, грапавост, химичен състав и т.н.).

 

Договор № КП-06-Н38/6
Ръководител: проф. дфн Хассан Шамати
Тема: Магнитни квантови ефекти в нискоразмерни и наноструктурни спинови системи

Продължителност: 12.2019 – 12.2022

Проектът е насочен главно към изследване основните физически механизми, протичащи в спинови системи, вследствие на взаимното влияние на квантовите и температурни ефекти от една страна и на наличието на наноразмери от друга. Усилията ще се фокусират върху получаване на знания и по-задълбочено разбиране на фундаменталните физически процеси в моделни спинови системи, пригодени за изследването на нови магнитни нискоразмерни и наноструктурирни материали. В рамките на този проект научният екип ще съсредоточи вниманието си върху изучаването на системи, включващи допълнително различни спинови променливи, заряд и други степени на свобода, които могат да доведат до нови квантови фази и възбуждания. Основната задачата на проекта е да се разбере ролята на важните физически параметри, контролиращи корелациите между различните магнитните структури и симетриите на установените макроскопични състояния и нисколежащите им възбуждения. Теоретичният подход включва един набор от стандартни многочастични методи, като спин-вълново развитие по обратната големината на спина, функции на Грийн, ефективни хамилтониани и вариационни вълнови функции. Друг подход е базиран на модерни техники на базата на т.нар. Unsupervised learning в рамките на Restricted Boltzmann Machines.

 

Договор № КП-06-Н37/2
Ръководител: гл.ас. д-р Георги Янков
Тема: Създаване и изследване на мощна лазерна система с високо качество на лазерното лъчение, генерираща във видимата спектрална област

Продължителност: 12.2019 – 12.2022

Изследователските цели на проекта са: 1) Да се създаде и изследва мощна лазерна система с пари на меден бромид (CuBr) и мед (Cu) с високо качество на лазерното лъчение, генерираща на Cu атомни самоограничени перходи в видимата спектрална област; 2) Да се проведат фундаментални научни изследвания върху взаимодействието на лазрното лъчение с дължина на вълната 510.6 nm и 578.2 nm с различни материали.
За успешно изпълнение на предложения проект са планирани за изпълнение следните задачи: 1) Да се създаде и изследва мощен лазер с пари на CuBr с рекордно висока средна изходна мощност за този клас лазери; 2) Да се създаде и изследва осцилатор-усилвател система с високо качесто на лазерното лъчение, достигащо дифракционната граница, и с висока плътност на средната лазерна мощност от порядъка на ТW.cm-2; 3) Да се изследва експериментално и теоретично взаимодействието на лазерното лъчение с дължина на вълната 510.6 nm и 578.2 nm с различни материали, такива като метали и техните сплави, керамики, стъкла, биологични тъкани и др.
За изпълнението на планираните задачи ще се използват съвременни ескпериментални и теоретични методи, включително и разработвнаето и използването на нови такива.
Очакваните научни резултати могат да се обобщят, както следва: 1) Получаване на генерация в видимия спектрален диапазон със средна изходна мощност 150-200 W и разходимост, достигаща дифракционно ограничената; 2) Определяне на оптималните лазерни параметри при облъчване на редица материали.

 

Договор № КП-06-Н38/5
Ръководител: доц. д-р Екатерина Йорданова
Тема: Функционализация на 3D принтирани фиброзни матрици чрез фемтосекундно лазерно моделиране

Продължителност: 12.2019 – 12. 2022 г.

Актуалността на тематиката в предложения проект може да се разгледа в два аспекта – първият базиран на предложените иновативни биоматериали, вторият на иновативността в методиката за определяне и характеризиране на морфологичните и топографските им свойства чрез фемтосекундно лазерно микроструктуриране.
Различни видове биополимери (колаген, желатин, хитозан и др.) и полимери, като poly-ε-caprolactine (PLC), poly-l-lactide (PLLA), polydimethysiloxane (PDMS), polymethylmethacrylate (PMMA), poly lactide-co-glycotide (PLGA) и други) намират все по – широко приложение за нуждите на тъканното инженерство като основен материал за направата на тъканни структури. Повечето от синтетичните полимери притежават добри механични свойства, но липсва биологичната естествена функция, която притежават естествените биополимери. Синтетичните полимери са широко използвани, тъй като те могат лесно да бъдат синтезирани с желана геометрия и състав.
Използването на лазерните методи за обработка на биополимерни повърхности, представляват обещаваща алтернатива в сравнение със съществуващите химически методи.
Предимствата на предложеният научен подход основно се определят от използването на фемтосекундно лазерно лъчение за създаване на микро структури с подобрена биоактивност на биоматериали намиращи приложение в тъканното инженерство. Фемтосекундното лазерно модифициране дава възможност за минимално влияние на термични ефекти, прецизно и контролирано модифициране на желани зони, безконтактно взаимодействие на лазерното лъчение, характеризиращо се с висока степен на възпроизводимост, не изискващо използването на химични агенти. Механичните свойства на материала след лазерното въздействие се запазват непроменени. Въпреки това много фундаментални аспекти между клетъчната жизнеспособност и свойствата на лазерно създадените структури все още не са напълно изяснени.
В настоящият проект като основни научни цели са поставени:
• Синтезиране на тънки биополимерни слоеве и 3D принтирани полимерни матрици от различни видове биоматериали намиращи приложение в тъканното инженерство на костни заместители.
• Създаване на микроструктури в обем и повърхност на синтезираните образци с прецизно контролирани и възпроизводими параметри на фемтосекундно лазерно лъчение (енергия, брой импулси, вълнови диапазон).
• Изследване на морфологията и 3D топографията на предложените биоматериали. Тяхното химично, физично и механично охарактеризиране.
За постигане на поставените научни цели ще бъдат синтезирани тънки биополимерни слоеве по установен протокол. Синтезирането на 3D матрици ще бъде осъществено чрез технология за 3D печат на полимери. Лазерната обработка на новосинтезираните образци ще бъде извършена с помощта на фемтосекунден Ti:sapphire лазер, с продължителност на импулса 35 fs. Оптичните, морфологични свойства и химичен анализ ще бъдат анализирани чрез модифициран z-scan метод, SEM, Micro CT analyses, AFM, FTIR, Флуоресцентен конфокален микроскопски анализ и други.
Реализирането на такава методика, ще даде възможност за ефективно определяне и приложение на специфичните свойства на 3D биополимерни материали. Тези материали имат потенциал да бъдат използвани, както за получаване на желани имплантни структури, така и за създаване на нови технологии в областта на биоинженерството и биомедицината.
Успешното изпълнение и разпространение на проекта ще бъдат предпоставка за привличане на интереса, както на научни, така и на индустриални организации в национален и международен мащаб.

 

Договор № КП06-Н28-9-2
Ръководител: Проф. дфн Албена Паскалева
Тема: Ефекти на резистивно превключване и магнитосъпротивление в легирани с преходни метали (Co, Ni, Fe) ZnO слоеве за мултифункционални приложения

Продължителност: 12.2018 – 12. 2021 г.

Широкото разпространение в последните години на преносими цифрови устройства определи значителния интерес на полупроводниковата индустрия към енергонезависимите памети (NVM). Новите концепции за памети, напълно различни от тези, базирани на съхранение на заряд, са особено привлекателни за памети от следващо поколение. Резистивните памети с произволен достъп (ReRAM) се считат за един от най-обещаващите кандидати сред тях, тъй като предлагат някои атрактивни предимства в сравнение с технологията „плаващ гейт”. Магнитните памети, използващи ефекта на магнитното съпротивление, са друга много интензивно изследвана концепция за реализиране на памети, които не се базират на съхранение на заряд. Друга важна стъпка в процеса на повишаване плътността на съхранение на данни е реализирането на многофункционално устройство, т.е. едновременен електрически контрол на няколко физични свойства. Осъществяване на електрически контрол върху магнитните свойства и електрическото съпротивление е реалистичен подход за удовлетворяване на изискванията, който е от голям интерес не само за технологичните приложения, но и за фундаменталната физика. Едновременната реализация на голямо магнитосъпротивление и ефект на резистивно превключване е огромно предизвикателство, тъй като е много трудно да се намери подходящ слой, който не само служи като добър изолационен слой за магнито- съпротивление, но също така лесно превключва между високо и ниско съпротивление при прилагане на подходящо електрично поле. В допълнение, това устройство трябва да работи при стайна температура, което е допълнително предизвикателство, що се касае до магитосъпротивлението. Целта на проекта е да се получат слоеве ZnO чрез атомно послойно отлагане (ALD), и легирани с различни 3d преходни метали (Co, Ni, Fe) като възможни материали за приложение в многофункционални памети и сензорни устройства. Ефектите на резистивно превключване, магнитните свойства и магнитосъпротивлението ще бъдат изследвани систематично в зависимост от: вида на легирането, състава на слоевете и параметрите на технологичния процес. Проектът цели задълбочен анализ и разбиране на фундаменталните процеси и явления в основата на RS и магнитосъпротивлението в легирани слоеве ZnO и тяхното взаимодействие. Крайната цел е да се разработят структури метал/легиран ZnO/ метал, в които материалите са разработени и оптимизирани, за да се реализират едновременно стабилен ефект на резистивно превключване и магнитосъпротивление при стайна температура и системата се държи като мемристор, в който променливата на състоянието е магнитният момент в допълнение към съпротивлението.

 

Договор № ДН08-7/13.12.2016 г.
Ръководител: доц. д-р Виктория Виткова
Тема: „Изследвания на механичните и електрични свойства на моделни липидни мембрани в присъствие на биологичноактивни молекули”

Продължителност: 2016 – 2020 г.

Предмет на настоящия проект по Договор с ФНИ ДН08-7/2016 са фундаментални изследвания на природата на механичните, физикохимичните и електричните свойства на липидни бислоеве. Сложните състав и организация на биологичните мембрани налагат въвеждането на моделни, биомиметични системи, които да направят възможно изследването на  различни мембранни свойства чрез използването на физични методи. Липидните бислоеве представляват базов модел на биомембраните, който съхранява съвкупността от техните физични характеристики и позволява поставянето и успешното реализиране на възпроизводими измервания на мембранните свойства в лабораторни условия.  В резултат на изпълнението на проекта ще бъде установен самосъгласуван подход на експериментално изследване на мембранната механика и електростатика чрез прилагането на взаимнодопълващи се експериментални методи за измерване на еластичността и електричните параметри на моделни липидни мембрани и ще бъде установявен и изследван ефектът на молекули с биохимично значение върху измерваните мембранни характеристики.

 

Договор № ДН08-18/14.12.2016 г.
Ръководител: проф. дфн Недко Иванов
Тема: Фази и възбудени състояния в магнитни системи със силна фрустрация

Продължителност: от 14.12.2016 г. до 20.06.2020 г.

В проекта се предвиждат теоретични изследвания на фазовите диаграми на квантови магнитни системи, които се описват от изотропни спинови модели с геометрична фрустрация и/или допълнителни конкуриращи се обменни взаимодействия. Особено внимание е отделено на (i) слабоизучените спинови модели с конкуриращи се триспинови обменни взаимодействия, както и на (ii) едномерни решетъчни модели, включващи взаимодействие на локалните спинови променливи с външни квантувани електромагнитни полета, които представляват интерес в областта на квантовата информация и квантовите компютри. Планира се прилагането на авангардни многочастични методи на изследване, като обобщени спин-вълнови разлагания за немагнитни спинови състояния, ефективни хамилтониани и вариационни вълнови функции. Теоретичният анализ ще бъде подкрепен от числени пресмятания на базата на редица съвременни техники, включващи различни алгоритми за точна числена диагонализация, ренормгрупови подходи на базата на матрицата на плътността, класическия метод Монте Карло и др.

 

Договор No. КП-06-Н27/5 (KP-06-H27/5) от 08.12.2018 г.
Ръководител на научния колектив: Доц. д-р Красимир Ангелов Темелков
Тема: Създаване и изследване на мощна лазерна система с високо качество на снопа, генерираща в средната инфрачервена спектрална област

Продължителност: от 08.12.2018 г. до 08.12.2021 г.

Изследователските цели на проекта са: 1) Да се създаде и изследва мощни лазерни системи с пари на стронций (Sr) и стронциев дибромид (SrBr2) с високо качество на лазерното лъчение, генериращи на Sr и Sr+ линии в средната инфрачервена (СИЧ) спектрална област; 2) Да се проведат фундаментални научни изследвания върху взаимодействието на лазрното лъчение с дължина на вълната 6.45 µm с различни материали, включително биологични тъкани.
За успешно изпълнение на предложения проект са планирани за изпълнение следните задачи: 1) Да се създадат и изследват мощни лазери с пари на стронций и строциев дибромид със значително увеличен (2-5 пъти) активен обем на лазерните тръби; 2) Да се създаде и изследва осцилатор-усилвател система с пари на стронций с високо качесто на лазерното лъчение и с високи изходни характерисики; 3) Да се изследва експериментално и теоретично взаимодействието на лазерното лъчение с дължина на вълната 6.45 µm с различни материали, включително биологични тъкани и да се сравнят получените резултати с аналогични изследвания, проведени с поддържаните от екипа други лазерни системи, генериращи лазерно лъчение със значително различни изходни лазерни параметри – дължина на вълната (248.6 nm – 2.5 µm), продължителност (10 µs – 6 fs) и енергия (1 µJ – 1 J) на лазерния импулс, пикова (1 W – 0.2 ТW) и средна (100 mW – 40 W) лазерни мощности и честота на повторение на лазерните импулси (1 Hz – 1 kHz). За изпълнението на планираните задачи ще се използват съвременни експериментални и теоретични методи, включително и разработването и използването на нови такива. Очакваните научни резултати могат да се обобщят, както следва: 1) Получаване на генерация в СИЧ спектрална област със средна лазерна мощност 15-25 W и разходимост близка до дифракционно ограничената; 2) Определяне на оптималните лазерни параметри при облъчване на редица материали, включително биологични тъкани.

 

Проект № ДН08-2/13.12.2016 г.
Тема: Течнокристален подход за оптимизиране функциите на моделни липидни мембрани при вграждане на наночастици
Ръководител: Доц. д-р Юлия Генова

Продължителност: 2016-2019

В настоящият проект са планирани фундаментални изследвания на свойствата на агрегати от липидни молекули с примеси от различно естество (органични и неорганични наночастици, биологично активни молекули и др.). Предвидено е да се изследва ролята на водородните връзки за стабилизиране на структурата и функциите на получените при добавяне на примеси комплексни течности, в частност липидни мембрани и димерни течни кристали. Подобието на липидните мембрани (с далечен течнокристален порядък) и димерните течни кристали, се обуславя от наличието на мрежите от водородни връзки в двете системи. Това предпоставя използването на течнокристалния подход за теоретична интерпретация на получените експериментални данни за бислойните липидни мембрани. Изпълнението на проекта ще се осъществи от изследователи по структурни и електрооптични свойства на течни кристали и специално на димерни течни кристали и техните нанокомпозити съвместно с изследователи специалисти по структурни и физични свойства на бислойни липидни мембрани и везикули. Базовата организация на проекта притежава необходимата експериментална база и инфраструктура за извършване на планираните изследвания. Налични са и уникални експериментални установки и технологии за изследване на механичните свойства на бислойните липидни мембрани. Един от очакваните резултати е да се оцени ролята на водордната връзка върху механичните свойства на липидните бислоеве. Една от фундаменталните задачи на проекта ще бъде обучението и мобилността на младите изследователи.

 

Договор № ДН08-16/14.12.2016
Ръководител: доц. д-р Екатерина Йорданова
Тема: Лазерно индуцирано формиране на тримерни структури от наночастици и изследване на техните оптични свойства

Продължителност: 12.2016 г. – 12.2019 г.

Обект на изследване на представения научноизследователски проект е фундаменталната физична картина на процеса на лазерно-индуцирано формиране на наночастици от благородни метали в прозрачни материали и описание на техните оптични свойства. Изследването цели изясняване на механизмите на взаимодействието на нани- и фемтосекундно лазерно лъчение с композитни материали и възможността за формиране на сложни тримерни структури от наночастици.
В рамките на настоящия проект се изследват фундаменталните основи на метод за получаване на комплексни тримерни системи от наночастици, вградени в диелектричен материал. Методът се основава на фото-индуцирана редукция на метални йони, внедрени в силикатни стъкла и включва три основни етапа: синтезиране на силикатни стъкла съдържащи йони на благородни метали; лазерно облъчване; отгряване на лазерно обработените образци. Изследването цели описанието на основните механизми, които биха позволили контролирането на характеристиките на формираните частици чрез параметрите на лазерното лъчение. Заедно с възможността за прецизно тримерно сканиране на образеца по произволна траектория, това ще направи този метод без ефективна алтернатива при получаването на сложни композитни материали с желана структура. Формирането на тримерни ансамбли от наночастици, ще даде възможност за експериментално изследване на техните оптични свойства, за описание на механизмите на взаимодействие на такива системи с електромагнитното поле и характеристиките на полето в близката зона около такива структури.

 

Договор № КП-06-ОПР 03/9, (съвместно с Университет по архитектура, строителство и геодезия)
Ръководител на колектив от ИФТТ: доц. д-р Йордан Г. Маринов
Тема: Нови ефекти в нанотънки подредени органични филми (Лангмюир и Лангмюир-Блоджетови) и използването им за концептуално разработване на ново поколение биосензори за работа в течна среда. –  НаноБиоСенсорс

Продължителност: от 2018г. до 2021г.

Замърсяването на водите е основен глобален проблем. Предполага се, че замърсяването на водата е най-големият в света причинител на смъртни случаи и заболявания. Повърхностните свойствата на природните води вече успешно се използват за оценка на чистотата на водните басейни. Предложена е техника базирана на Лангмюиров монослой, при която се измерват изотермите повърхностно налягане – площ за една молекула. Основна изследователска техника в този проект е метода на Лангмюир и Блоджет за изследване на неразтворими монослоеве на интерефейса вода – въздух и за отлагане слой по слой на филми върху твърда подложка. Проектът цели изследването на нови ефекти в смесен слой от DP-NBD-PE молекули и селективно-реагиращ на замърсители белтък, отложен по ЛБ метода върху твърда подложка, които да послужат за получаване на високо селективни сензори. Една матрица от такива сензори може да реагира на различни замърсители и да даде информация за тях, както и да елиминира фалшивите положителни сигнали. Поради факта, че активната част на тези сензори е изключително тънка – около 6 nm – и липсват бавни дифузионни процеси в обема на сензора, те се отличават с голяма бързина. Очаква се проекта да даде нови знания за новооткритите от нас ефекти в нано тънки подредени органични филми, както и за тяхното практическо прилагане чрез разработване на нови концепции на биосензори, които да решават значими социални проблеми свързани с труднооткриваеми замърсители на водата или ранна диагностика на заболяванията при хората.

 

Международно сътрудничество между МОМН (България) и ДНТ (Индия)
Дог. № ДНТС/Индия 01/4
Ръководител на проект: доц. д-р Йордан Г. Маринов
Тема на проекта: „Изследване на фотостимулирани ефекти в наноструктурирани течни кристали“

Продължителност от 2013 г. до 2019 г.

Кратка анотация: Значимостта на изследването на наноструктури, формирани от течни кристали посредством налагане на пространствени ограничения, е свързана с разширяването и задълбочаването на нашите познания засягащи течнокристалния интерфейс в мащабите на наноразмерната скала. Като типични представители на меката материя, течните кристали демонстрират забележителна реакция към пертурбации стумулирани посредсвом наноразмерни манипулации. Тази им способност се дължи на силната конкуренция между еластичните сили, повърхностните сили и външните полета. Целите на проекта са: експериментално и теоретично изследване на влиянието на същинската повърхност на наноструктурите върху оптичните и електро-оптичните свойства на хетерогенни и наноструктурирани течнокристални системи. Специално внимание е отделено на диелектричното поведение на наноструктурираните течни кристали, което определя отклика на системата в електрично поле и на явлението флексоелектричество, представляващо спонтанна проява на поляризация в еластично деформиран течен кристал.

 

Проект: ДН 18/14 от 12.12.2017 г. с Фонд „Научни изследвания“
Ръководител: доц. д-р Емилия Димова
Тема: Композитни и адиабатни методи за контрол в квантовите и оптичните технологии

Продължителност: 12.12.2017 г. – 12.12.2020 г.

Анотация: Настоящият проект е посветен на разработването на нови методи за кохерентен контрол на квантови състояния на образци от ултрастудени атоми, както и приложение на законите на квантовата физика в класическата оптика за създаването на нови технологии. Успешната реализация на проекта се гарантира от тясното сътрудничество на екипи от изследователи-теоретици, разработващи основните методики, и изследователи-експериментатори с добра експертиза в областта на реализация на предложените нови методики. Нещо повече, чрез настоящия проект се реализира обединение на изследователски групи от различни институции: Институт по физика на твърдото тяло и Физически факултет при Софийски университет. Това създава възможност за обмяна на знания, технологии и апаратура. Като резултат това ще доведе до повишаване квалификацията на участниците в екипите и привлечените по проекта студенти. Теоретичната методология включва няколко основни методи от теоретичната и математичната физика, които позволяват аналитичното и числено описание на дискретни квантови системи. Тя обхваща области като: класическа и квантова оптика, кохерентен квантов контрол, метаматериали, нелинейна оптика и др. Използват се числени и аналитични методи. Експерименалните реализации се базират на кохерентна манипулация на състоянията на атоми на рубидии, охладени до десетки микроКелвина, както и реализиране на нови оптически компоненти. Изследват се нови методи за кохерентен контрол на квантови състояния на атоми, както и се моделират нови методи за реализация на оптични устройства в т.ч. шириколентови оптични компоненти.


МЕЖДУНАРОДНИ ОРГАНИЗАЦИИ

 

Cooperation project between the Institute of Solid State Physics (ISSP) of the Bulgarian Academy of Sciences, Sofia, Bulgaria and the Joint Institute for Nuclear Research (JINR), Dubna, Russian Federation
Тема: Изследване на влиянието на наночастици върху свойства на биологично значими системи / Investigation of the influence of nanoparticles on the properties of biologically relevant systems
Ръководител: Доц. д-р Юлия Генова / Assoc. prof. PhD Julia Genova

Продължителност: 2019-2021

In the present project we plan experimental and theoretical investigations of the physical and structural properties of biologically relevant systems and modification of these properties by incorporation of organic and non-organic nano-particles and bio active molecules, including carbon nanostructures, cholesterol, proteins and others. Typical structural methods for studying the specific physical characteristics properties of complex systems involving Fourier transform infrared (FT-IR), polarization micro-Raman spectroscopy, differential scanning calorimetry (DSC), thermally induced shape fluctuations analysis (TISFA), atomic-force microscopy (AFM) will be used. The evaluation of the standard physical parameters, like enthalpy, energy, entropy gives us possibility to apply molecular dynamic simulation for assignment of the new physical and structural characteristics of the complex lipid systems. The project implementation will be realized by specialists on mechanical and structural properties of bilayer lipid membranes and vesicles, structural and electrooptical properties of condensed matter, with specialists on computer modelling.