Проектното предложение обединява три изследователски групи от България, Чехия и Словакия, които работят в областта на стъклообразните материали и изследват процесите, протичащи в обема и на повърхността под въздействие на различни външни стимули, като тяхната експертиза в синтеза на стъкла (оксидни и халкогендини), отлагане на тънкослойни покрития, характеризиране на фазов състав и структура, и изследване на оптични свойства и повърхностни явления чрез спектрална елипсометрия, взаимно се допълват.
Обект на изследване в настоящото проектно предложение са специално избрани халкогенидни и оксидни стъкла. Основното предизвикателство в заложените задачи на изследователския план на проекта е синтезa на нови оксиселендини стъкла под формата на обемни образци и тънки филми. Съществуващите, макар и оскъдни, научни изследвания показват, че оксихалкогенидните стъкла притежават някои предимства, като по-висока химическа стабилност, якост и по-слаба токсичност в сравнение с халкогенидните стъкла. Тяхното получаване е значително затруднено от разликата в температурите на топене на оксидните и халкогенидните съединения.
В съответствие с тази цел, в работната програма на проекта са включени 4 взаимосвързани групи научни изследвания: 1) синтез на обемни стъкла; 2) отлагане на тънки филми; 3) характеризиране на състав, морфология и структура на обемни стъкла и тънки филми и тяхната модификация след лазерно третиране; 4) Определяне на оптични характеристики на обемни стъкла и тънки филми и изследване на измененията им след облъчване със светлина.
Усвояването и използването на метода на термично съ-изпарение от два източника се очаква да спомогне за решаването на проблема за отлагането на многокомпонентни тънки филми, които са хомогенни по състав в целия си обем.
Взаимодействието на светлината с халкогенидните и оксидни материали води до редица промени в техните структура и повърхностна топология, физични свойства (оптични, електрични и др.) и обем. Очаква се при облъчване да се получат комопозитни материали, като в стъклообразната матрица се образуват халкогенидни (Bi2Se3) или оксихалкогенидни (Bi2O2Se) кристални фази, които са интересни относно някои техни физични свойства. Вследствие на промените на химическите връзки се очаква съответно да се промени реакцията им с различни външни стимули.
Предвидените фундаментални изследвания ще допринесат за установяване условията за получаване и изясняване на процесите, протичащи при третиране със светлина, което ще отвори възможност за нови приложения на изследваните материали за изработване на различни оптични елементи (микролещи, дифракционни решетки, темплейти за изграждане на наноструктури с приложение в плазмониката и нанофотониката), както и контрол на взаимодействието на различни вещества с оглед изработваното на сензорни устройства, в случай на оксидни стъкла и като основа за израстване на биологични тъкани.
Същевременно проектното предложение ще допринесе за разширяване на опита на изследователските екипи в проекта и ще се създаде основа за международен екип за по-обширни проектни предложения, финансирани от Европейската комисия.
-------------------------------------
The project proposal unites three scientific research groups from Bulgaria, Czech Republic and Slovakia, which work in the field of glassy materials and investigate the processes, occurring in the volume and on the surface under the influence of various external stimuli, as their expertise in synthesis of glasses (oxide and chalcogenide), deposition of thin films, characterization of phase composition and structure, and investigation of optical properties and surface phenomena by spectral ellipsometry, complement each other.
The subject of research in this project proposal are specially selected chalcogenide and oxide glasses. The main challenge in the tasks, set in the project’s research plan, is the synthesis of new oxyselenide glasses in the form of bulk samples and thin films. Although scarce, the scientific studies show that the oxychalcogenide glasses have some advantages, such as higher chemical stability, strength and lower toxicity compared to chalcogenide glasses. Their preparation is significantly complicated by the difference in the melting temperatures of the oxide and chalcogenide compounds.
According to this goal, 4 interconnected groups of scientific investigations are included: 1) synthesis of bulk glasses; 2) deposition of thin films; 3) compositional, morphological and structural characterization of the bulk glasses and thin films and their modification after laser treatment; 4) determination of the optical characteristics of the bulks and thin films and investigation of their changes after irradiation with light.
The mastering and usage of the thermal co-evaporation method from two sources is expected to help solving the problem of depositing multicomponent thin films, homogeneous in composition throughout their volume.
The interaction of light with chalcogenide and oxide materials leads to a number of changes in their structure and surface topology, physical properties (optical, electrical, etc.) and volume. It is expected that upon irradiation composite materials will be obtained, containing chalcogenide (Bi2Se3) or oxychalcogenide (Bi2O2Se) crystalline phases in the glassy matrix, which are interesting in terms of some of their physical properties. As a result of the changes in the chemical bonds, it is expected that their reaction to various external stimuli will change accordingly.
The planned fundamental research will contribute to the establishment of the conditions for preparation and clarification of the processes occurring during light treatment, which will open up possibilities for new applications of the studied materials, as for production of various optical elements (microlenses, diffraction gratings, templates for formation of nanostructures with applications in plasmonics and nanophotonics), as well as control of the interaction of various substances for production of sensor devices, as well as, in the case of oxide glasses, as a template for growth of biological tissues.
At the same time, the project proposal will contribute for expanding the experience of the research teams involved the project and will ensure a basis for an international team for more extensive project proposals, funded by the European Commission.