The physical laws of diffraction generally limit the spatial resolution of optical systems to about 200 nm for light in the visible range. In the seminar, I will describe the efforts to overcome this limit taken within the international project Chipscope. The core idea of ChipScope was to use spatially resolved illumination instead of spatially resolved detection for achieving microscopy functionality with superresolution. This was achieved by developing chip-based nanoLED arrays with individual pixel operation and with light emitting diode (LED) dimensions and distances smaller than the wavelength of visible light.
As possible designs two concepts of GaN based nanoLED arrays (differing in pixel addressing) were studied, namely matrix and directly addressable approach. I will discuss the results of optical FDTD simulations e.g. in terms of near field spot size, crosstalk between neighbouring pixels and theoretical resolution limits of various nanoLED arrays. The numerical results are compared with the performance data from a fabricated nano-LED arrays.

room 1.03, Pasteura 5 at 12:15

mgr Karolina Łempicka-Mirek (Zakład Fizyki Ciała Stałego, IFD, WF UW)

Perowskity w dwójłomnej mikrownęce – efekty fotoniczne i kondensaty polarytonowe w temperaturze pokojowej

W ostatnich latach dwuwymiarowe perowskity stały się idealną platformą do badań zjawisk fizycznych, które do tej pory obserwowane były jedynie w warunkach kriogenicznych. Ekscytony w tych materiałach charakteryzują się dużą siłą wiązania, są trwałe w temperaturze pokojowej oraz wykazują silne właściwości nieliniowe. To czyni je idealnym układem do badań zjawisk silnego sprzężenia światła z materią oraz otwiera nową drogę do konstrukcji urządzeń polarytonowych pracujących w temperaturze pokojowej.
W wystąpieniu zaprezentuję nowatorską architekturę strojonej mikrownęki fotonicznej z perowskitem organiczno-nieorganicznym (C6H5C2H4NH3)2PbI4 [1] i wysoce dwójłomnym ciekłym kryształem (LC) [2]. Zaobserwowaliśmy reżim silnego sprzężenia światło – materia, w którym mody fotonowe silnie sprzęgają się z ekscytonem w perowskicie prowadząc do powstania modów polarytonowych. Strojenie dwójłomności modów polarytonowych odbywa się poprzez przyłożenie napięcia elektrycznego do przeźroczystych elektrod z tlenku indowo-cynowego, co powoduje obrót molekuł ciekłego kryształu zmieniając efektywny współczynnik załamania wnęki. Strojenie wnęki pozwoliło na obserwację reżimu Rashba-Dresselhaus (R-D), charakteryzującego się dwoma modami o przeciwnych polaryzacjach kołowych, rozsuniętych w przestrzeni wektora falowego. Dla tego reżimu zaobserwowaliśmy nietrywialne znoszenie się degeneracji w miejscu przecięcia pasm (przerwa w reżimie R-D) i występowanie niezerowej krzywizny Berry’ego [3].
W celu obserwacji nieliniowych efektów w temperaturze pokojowej wykorzystaliśmy wysokiej jakości strukturyzowany perowskit CsPbBr3. Wysoka jakość optyczna materiału w połączeniu z reżimem silnego sprzężenia ekscytonów perowskitu i modów wnęki fotonicznej pozwoliła na tworzenie kondensatów polarytonowych w temperaturze pokojowej. W naszej wnęce emisja z kondensatu może być spektralnie strojona, dzięki odpowiedzi ciekłego kryształu na przyłożone zewnętrzne napięcie. Dodatkowo wykorzystaliśmy dwójłomność ciekłego kryształu do wywołania sprzężenia spinowo-orbitalnego Rashby-Dresselhausa. W ramach wystąpienia przedstawię chiralne mody polarytonowe oraz jednoczesną emisję z kondensatu dwóch przeciwnie spolaryzowanych wiązek kołowych. Pokażę również, że wykorzystując różne progi kondensacji dla różnych reżimów oddziaływań spin-orbita, możliwe jest stworzenie elektrycznie sterowanego przełącznika emisji typu ON/OFF [4].
[1] K. Łempicka, et al., International Photonics and OptoElectronics Meeting, p. JW4A.66 (2019).
[2] K. Rechcińska et al., Science, 366, 6466, pp. 727-730 (2019).
[3] K. Łempicka-Mirek, et al., Science Advances, 8, eabq7533 (2022).
[4] K. Łempicka-Mirek, et al., arXiv:2211.11852 (2022).

room 1.03, Pasteura 5 at 12:15

Bartosz Wieciech (Wydział Fizyki UW)

Applications of deep learning for computer vision tasks

Artificial neural networks are a concept known for over 60 years, with Frank Rosenblatt inventing the perceptron in 1957. With a limited range of applications up until the XXI century, they have revolutionized fields such as natural language processing, computer vision, reinforcement learning, pattern recognition, and many more. With much of this breakthrough being attributed to the era of big data and the rise of smartphones, allowing to train increasingly larger models, image-related machine learning algorithms still suffer from the problem of too small datasets.
During this seminar, I would like to provide a brief introduction to the concept of neural networks, with an emphasis on convolutional neural networks and related object detection/segmentation algorithms, such as R-CNN, Mask R-CNN, and YOLO. Drawing on experience gained in industry machine learning projects, I will describe common challenges encountered when training computer vision models (e.g. the aforementioned daset size) and steps to overcome them. Data science elements essential for a successful project delivery, such as exploratory data analysis (EDA), data augmentation, and error analysis, will also be covered. Last but not least, I will describe transformer models, being a recent approach to computer vision, as well as a basis for questions such as "how does image relate to language?" and "what direction should we search in for an artificial general intelligence?".

room 1.03, Pasteura 5 at 12:15

mgr Rafał Stojek (ZOI IGF FUW)

Obrazowanie multispektralne w zakresie podczerwieni

Multispectral IR imaging

Chciałbym krótko opowiedzieć o obrazowaniu multispektralnym w zakresie podczerwieni, a także przybliżyć historię rozwoju tej dziedziny. Następnie przedstawię kilka ciekawych możliwości wykorzystania tej techniki jak również klika komercyjnie dostępnych układów o najlepszych parametrach działania. Opowiem również o własnej pracy nad multispektralną mikroskopią skaningową w podczerwieni oraz porównam uzyskane rezultaty do istniejących rozwiązań.

First of all, I would like to briefly introduce the concept and history of infrared multispectral imaging. Then, some real life applications and best-in-class systems will be presented. Finally I would like to summarize my work experience on IR multispectral scanning microscopy and compare this approach to the existing solutions.

room 1.03, Pasteura 5 at 12:15

dr Jędrzej M. Nowosielski (Visual Analysis Laboratory; Epidemic Model Group; Interdisciplinary Centre for Mathematical and Computational Modelling; University of Warsaw)

ICM UW epidemiological model: coping with the increasing complexity of COVID-19 epidemic phenomenon

room 1.03, Pasteura 5 at 12:15

mgr Michał Ćwik (Instytut Chemii Fizycznej PAN)

Influence of morphology on the plasmonic properties of chemically synthesized silver nanowires: experimental and numerical studies

Upon resonant light excitation, free electrons in metallic nanostructures can oscillate, inducing plasmons. When the dimensions of the nanostructures are smaller than the wavelength of the incident light, these oscillations result in local electric field enhancement. If we place a fluorescent molecule in the vicinity of such a nanostructure, increased fluorescence intensity can be observed due to enhanced electric field and interactions with plasmons. However, when one of the nanostructure dimensions is substantially expanded above the wavelength of the incident light, these oscillations are no longer confined in space and may propagate along the nanostructure as surface plasmon polaritons (SPP). This feature can be applied for plasmonic waveguiding of energy over macroscopic distances [1].
Herein, I develop a hydrothermal synthesis of long silver nanowires (lengths > 100 µm), which enables control of their diameters via the appropriate selection of a reducing agent. Utilizing wide-field fluorescence microscopy, I use the effect of metal enhanced fluorescence (MEF) of peridinin-chlorophyll protein (PCP) to elucidate the influence of AgNWs diameter and the excitation wavelength on the enhancement factors.
On the other hand, a home-built two-objective microscope with confocal excitation and wide-field detection is employed for quantifying SPP propagation in AgNWs coated with PCP protein. In particular, I focus on the impact of the AgNWs diameter on the damping efficiency of SPP. Numerical simulations accompanying these experiments provide a detailed understanding of the influence of the diameter on SPP damping. These include the determination of the SPP modes, which are excited in our experimental configuration [2].

[1] S. A. Maier, Plasmonics: Fundamentals and Applications (Springer, 2007)
[2] Michał Ćwik et al., "Controlling plasmon propagation and enhancement via reducing agent in wet chemistry synthesized silver nanowires," Opt. Express 29, 8834-8845 (2021)

room 1.03, Pasteura 5 at 12:15

dr Katarzyna Kluczyk-Korch (IGF FUW)

Hot carriers generation in strongly coupled molecule nanoparticle systems: ab-initio approach

room 1.03, Pasteura 5 at 12:15

dr hab. Dominik Kurzydłowski, prof. UKSW (Uniwersytet Kardynała Stefana Wyszyńskiego)