Grant programu ERC CZ Evropské rady pro výzkum - MŠMT - 01. 01. 2024 - 31. 12. 2025.

Spolupráce:

Cergy Paris Université

Nové technologie - výzkumné centrum (NTC) Západočeská univerzita v Plzni.

Cíle projektu: 

Projekt zkoumá kvantové technologie a využití speciálních vlastností světla, jež mohou ovlivnit stav elektronů v určitých materiálech. Česko-francouzský výzkumný tým se bude při zkoumání materiálů konkrétně zabývat takzvanou chiralitou, která se vyskytuje ve fyzických objektech, jež nejsou identické se svým zrcadlovým obrazem. Zjednodušeně si ji lze představit jako rozdíl mezi levou a pravou rukou. Projekt TWISTnSHINE podpořil ERC CZ v rámci Starting grantu pro mladé a nadějné vědce bez ohledu na jejich národnost s dvou- až sedmiletou praxí od ukončení doktorandského studia.

Hlavním globálním cílem projektu je podpořit v rámci České republiky hraniční výzkum v oblasti kvantových technologií a využití exotických chirálních vlastností světla  vedoucí k modifikaci spinového a orbitálního stavu elektronů v topologických materiálech. Tento předkládaný projekt  uspěl v obou kolech hodnocení ERC Starting Grant  a vede k hlubšímu porozumění a následně k inovativním aplikacím v oboru nových udržitelných technologií.

Chiralita je vlastností fyzického objektu, který není ekvivalentem svému zrcadlovému obrazu, jako jsou například naše ruce, a hraje důležitou roli v mnoha fyzikálních jevech. Například odezva materiálu na osvit se může lišit, pokud má světlo kruhovou polarizaci pravotočivou nebo levotočivou, což souvisí se spinovým kvantovým číslem fotonu. Tento jev, nazývaný dichroismus, se využívá při poznávání symetrických vlastností materiálu.

Světlo představuje další formu chirality: místo rovinné vlny může být jeho vlnoplocha stočena do řady propletených šroubovic, které se otáčejí ve směru nebo proti směru hodinových ručiček, což odpovídá orbitálnímu kvantovému číslu fotonu.

Naopak i hmota může být chirální, ať už ve svých strukturních, elektronických nebo magnetických vlastnostech: například ve zkroucených dvojvrstvách, topologických materiálech či skyrmionech. V tomto projektu navrhuji spojit vířivý (twistový) stupeň volnosti jak ve světle, tak v pevné látce s cílem prozkoumat roli chirality v interakci a dynamice extrémního ultrafialového světla a hmoty. Zaměřím se zejména na případy spinově a časově rozlišené fotoemisní spektroskopie.

Projekt je veden zájmem o základní kvantové vlastnosti, konkrétně o vzájemné působení spin-orbitální vazby u fotonů a u elektronů, a má potenciál odhalit nové techniky pro dynamické studie kvantově chirálních materiálů. 
Zejména zakroucení světla při magnetickém rozptylu se stane novým způsobem, jak zkoumat a řídit ultrarychlé magnetické jevy v chirálních magnetech. Zkroucení hmoty v podobě chirálních atomových dvojvrstev bude novou oblastí pro studium ultrarychlé spinové dynamiky ve fotoemisi a bude řízeno ultrarychlými pulzy. A konečně využití vazby chirality ve světle a ve hmotě poskytne nové nástroje pro výzkum s přímou citlivostí na chirální vlastnosti, jako je Berryho fáze u topologických materiálů.

Klíčová slova: chiralita; vírové (twistové) svazky světla; strukturované materiály; spin-orbitální vazba; topologie; fotoemise; magnetooptická interakce.