Kiedy narodziła się Pana pasja do fizyki?
Fizyka zafascynowała mnie już w gimnazjum, kiedy zacząłem poznawać tę trudną, ale jednocześnie piękną dziedzinę nauki. Jest pasjonująca, gdyż wyjaśnia zjawiska zachodzące w przyrodzie. Odpowiada na fundamentalne pytanie „dlaczego” i próbuje zaspokoić naszą ciekawość. Uczy rozwiązywania problemów i logicznego myślenia. W języku matematyki podaje podstawowe prawa przyrody. Łączy teorię z doświadczeniami i symulacjami komputerowymi. Dla mnie jako fizyka technicznego fascynujące jest również, jak różne zjawiska fizyczne można wykorzystać do konstrukcji urządzeń, bez których nie wyobrażamy sobie współczesnego świata.
Zajmuje się Pan naukowo ciekłymi kryształami. Czym są?
Ciekłymi kryształami nazywamy substancje organiczne, które wykazują unikatowy stan skupienia materii, pośredni między kryształem stałym a cieczą. Z tego względu posiadają one właściwości charakterystyczne zarówno dla cieczy (płynność), jak i kryształów stałych (uporządkowanie struktury wewnętrznej). Najważniejszą cechą, która leży u podstaw większości zastosowań ciekłych kryształów, jest możliwość kontrolowania ich właściwości optycznych — przede wszystkim przezroczystości — za pomocą zewnętrznego pola elektrycznego.
Gdzie znajdują zastosowanie?
Ciekłe kryształy są wykorzystywane do konstrukcji wyświetlaczy, które znajdują zastosowanie w wielu współczesnych urządzeniach elektronicznych. Dzisiaj nie wyobrażamy sobie naszego życia bez smartfonów, smartwatchów, tabletów, laptopów, płaskich telewizorów czy monitorów komputerowych. Urządzenia te nigdy by nie powstały, gdyby nie długoletnie badania naukowe nad ciekłymi kryształami. Zastosowanie tych niezwykłych substancji pozwoliło zredukować grubość wyświetlaczy, zmniejszyć pobór energii oraz uzyskać bardzo dobry kontrast obrazu. Warto również wspomnieć o bardziej specjalistycznych zastosowaniach ciekłych kryształów. W optoelektronice wykorzystuje się na przykład ciekłokrystaliczne modulatory światła, a w medycynie — monitory diagnostyczne oparte na tej technologii.
Proszę przybliżyć cel badawczy Pana doktoratu.
W mojej pracy zajmuję się właściwościami elastycznymi pewnej szczególnej struktury ciekłokrystalicznej, a mianowicie nematycznej fazy twist-bend (NTB). Istnienie tej fazy zostało teoretycznie przewidziane już w latach 70. XX w., ale dopiero w 2011 r. zidentyfikowano ją doświadczalnie. Według obecnych badań struktura NTB posiada atrakcyjne właściwości z aplikacyjnego punktu widzenia. Zjawiska, jakie w niej zachodzą pod wpływem zewnętrznego pola elektrycznego, umożliwiają skonstruowanie jeszcze szybszych i bardziej energooszczędnych wyświetlaczy. Mówi się również o rozwoju technologii sekwencyjnego odwzorowania kolorów (FSC). W typowym wyświetlaczu odwzorowanie kolorów jest oparte na mozaice kolorowych filtrów. Każdy piksel składa się z trzech subpikseli – czerwonego, zielonego i niebieskiego. Poprzez zmianę natężenia światła przechodzącego przez poszczególne subpiksele można otrzymać różne kolory. W wyświetlaczach z sekwencyjnym odwzorowaniem kolorów wyświetla się kolejno, w bardzo szybkim tempie, obrazy: czerwony, zielony i niebieski. Dzięki tzw. syntezie czasowej obserwator ma wrażenie pełnokolorowego obrazu. Wyświetlacze FSC charakteryzują się jaśniejszymi kolorami oraz większą rozdzielczością w porównaniu z typowymi wyświetlaczami ciekłokrystalicznymi. Są idealne do prezentowania wirtualnej oraz rozszerzonej rzeczywistości.
Jakimi metodami Pan pracuje?
Moje badania nad właściwościami elastycznymi fazy NTB mają charakter teoretyczny i są oparte w dużej mierze na symulacjach komputerowych. Staram się ustalić, jaki wpływ na strukturę NTB mają parametry materiałowe występujące w różnych modelach właściwości elastycznych. Badam, jakie warunki muszą spełniać te parametry, aby faza NTB była stabilna. Ponadto przeprowadzam symulacje odkształceń zachodzących pod wpływem zewnętrznych pól. W swojej pracy korzystam z różnych metod matematycznych i informatycznych. Samodzielnie przygotowuję programy wykonujące obliczenia. Wierzę, że uzyskane wyniki mogą stanowić niezwykle cenną wskazówkę dla inżynierów projektujących przyrządy ciekłokrystaliczne.
Jakie są atuty IDS?
Kształcenie w IDS to możliwość poszerzenia wiedzy, nie tylko z zakresu własnej dyscypliny, ale również z pokrewnych dziedzin. Na zajęciach rozwijamy umiejętności, które są niezbędne w pracy każdego naukowca — np. pisania artykułów czy zarządzania projektami naukowymi. Kształcenie odbywa się w języku angielskim, co pozwala podnosić kompetencje językowe. Za niezwykle cenną uznaję możliwość spotkań z profesorami oraz doktorantami specjalizującymi się w innych dyscyplinach. Pozwala to zyskać świeże spojrzenie na problemy, którymi się zajmujemy w swoich badaniach.
Rozmawiała Agnieszka Garcarek-Sikorska