Dinamika kompleksnih nanosnovi

Cilj raziskovalnega programa je raziskati lastnosti kompleksnih nanosistemov s poudarkom na neravnovesni dinamiki v novih in obstoječih nanomaterijalih, snoveh z neperiodičnimi nehomogenostmi in bioloških nanosistemih, ter preučevanje povezave med njihovimi dinamičnimi lastnostmi in funkcijo. Program združuje sintezo nanomatrijalov (s poudarkom na nanožicah in nanocevkah iz halkogenidov prehodnih kovin) z raziskovanjem njihovega povezovanja z organskimi molekulami (npr. proteini in DNK) za razvoj novih metod za izdelavo senzorjev in drugih naprav temelječih na teh snoveh z uporabo elektronske in tunelske nanolitografije. Za določanje dinamičnih lastnosti kompleksnih nanosistemov bomo uporabili široko paleto fizikalnih raziskovalih tehnik, od merjenja spinske dinamike z magnetnimi in optičnimi tehnikami do merjenja transportnih lastnosti v posameznih nanostrokturah in femtosekundne spektroskopije. Glavna prednost predlaganega programa je v interdisciplinarnem pristopu, ki povezuje nove materiale in raziskovalne tehnike razvite na Inštitutu Jozef Stefan. Tak pristop omogoča združitev osnovnih raziskav na samem čelu znanosti s prenosom nove tehnologije v industrijo.

Raziskovalni program se je usmeril k nekaterim najbolj relevantnih vprašanj v fiziki kondenzirane snovi, nanoznanosti in znanosti o materialih. Predlagali smo razvoj novih eksperimentalnih metod, sintezo novih materialov in izvajanje novih teoretičnih analiz, ki so širšega pomena. Rezultate raziskav smo objavljali v revijah z visokim faktorjem vpliva, pogoj za to pa so raziskovalni dosežki, ki so zanimivi za širšo znanstveno skupnost. Novi eksperimentalni podatki o neravnovesnih pojavih so pomembni pri razumevanju in modeliranju dinamike nabojev v novih funkcionalnih materialih. Odpirajo pa tudi nove perspektive pri dizajnu novih pametnih materialov, ki temeljijo na samoorganiziranosti nabojev in spinov. Sinteza novih materialov s funkcionalnimi lastnostmi in izboljšanje funkcionalnosti obstoječih materialov je splošnega pomena za razvoj znanosti o novih funkcionalnih materialih.

Napredek v bazičnih raziskavah je gonilna sila tako pridobivanja novih znanj kot tudi razvoja novih tehnologij. To smo demonstrirali tudi v naši programski skupini, kjer je odkritje novih MoSIx molekularnih žic vodilo do ustanovitve spin-off podjetja in njegove centralne vloge v enem od EU projektov. S tem smo pokazali, da je interdisciplinaren pristop, kateremu sledimo, neobhodno potreben, da bi znanstvena odkritja prelili v prakso. Prav tako pa pritisk spin-off podjetja po aplikacijah novih materialov zagotavlja, da vsako lastnost materiala, ki bi bila potencialno zanimiva za aplikacije detajlno raziščemo. Kroničen problem slovenske industrije je nizka dodana vrednost, kar posledično vodi do nizkih plač in socialne nestabilnosti. Dvig tehnološkega nivoja v slovenski industriji lahko dosežemo le z uvajanjem novega znanja in novih tehnologij v izdelke. To pa seveda lahko dosežemo le z visokokvalificiranim in izobraženim osebjem ter z raznolikimi oblikami prenosa znanja. Raziskovalni program s svojimi usmerjenimi bazičnimi raziskavami novih materialov omogoča razvoj in šolanje novih visokokvalificiranih kadrov. Znanje pridobljeno v oviru tega projekta bo veliko prispevalo k ustvarjanju okolja za uvajanje novih inovativnih tehnologij, kar je tudi ključ za obstoj in napredovanje Slovenije znotraj kroga vodilnih socio-ekonomskih nacij. Del predlaganega projekta je tudi osnova za formiranje novega visokotehnološkega podjetja. Osnovni cilj je bila sinteza novih struktur in pred vsem, njihov uspešen transfer v industrijske aplikacije. Proizvodnja, ki je že patentno zaščitena, je optimizitrana in bo omogočila bolj učinkovito proizvodnjo novih materialov. Zahvaljujoč svojim zanimivim fizikalnim lastnostm ti materiali lahko najdejo svojo uporabnost kot maziva, emiterji, plinski nanosenzorji in v nanoelektroniki. Pomembna slovenska podjetja so že pokazala interes za sodelovanje tako, da bomo v okviru projekta izvajali pripravo in karakterizacijo testnih vzorcev. Novo “spin-off” podjetje NANOTUL d.o.o. je že del Tehnološkega parka v Ljubljani. Novi materiali dvigujejo konkurenčnost v ključnih segmentih slovenske industrije. Nasplošno nove nanostrukture iz prehodnih elementov so lahko ključnega pomena pri razvoju industrije v večjem obsegu, ki sega od kompozitov do elektronike. Raziskave v okvirju našega projekta so pomembno prispevale k razvoju nanotehnologije v Sloveniji in s tem ojačale kompetitivno pozicijo naše države v svetu. To je velika priložnost za uporabo obstoječe opreme in pridobljenega znanja za optimizacijo preparativnih postopkov za izredne in tehnološki zanimive materiale. Poleg promocije naše države so novi materiali tudi dobra osnova za nadaljnje sodelovanje z vodečimi raziskovalci iz celega sveta, predvsem EU, Japonske, Kitajske in ZDA. Povezanost sinteze in fizikalne karakterizacije novih struktur zagotavlja tudi izjemne pogoje za učenje in usposabljanje novih mladih raziskovalcev.