Katedra Fizyki Teoretycznej i Astrofizyki

O Katedrze

Intensywny rozwój metod mechaniki kwantowej obserwowany na przestrzeni ostatnich dekad pozwala przesuwać granice poznania i wspierać badania doświadczalne. W szczególności, obliczenia kwantowo-mechaniczne pozwalają określać wielkość liniowych i nieliniowych właściwości elektrycznych, magnetycznych i optycznych, wśród nich efektów, których wielkość jest trudna do wyznaczenia w sposób doświadczalny.

W Katedrze rozwijane są bazy funkcyjne zaprojektowane do obliczeń właściwości elektrycznych, magnetycznych i optycznych cząsteczek izolowanych i oddziałujących. Pomimo swoich niewielkich rozmiarów, rozwijane w Katedrze bazy pozwalają na uzyskanie wyników o jakości gwarantowanej przez znacznie większe bazy general-purpose. Obliczenia właściwości elektrycznych i optycznych małych cząsteczek, w tym właściwości indukowanych oddziaływaniem, są prowadzone przy użyciu dokładnych metod opartych na teorii sprzężonych klasterów (CC). Ponadto, prowadzone są badania oddziaływań w kompleksach o znaczeniu biologicznym oraz obliczenia parametrów widm magnetycznego rezonansu jądrowego cząsteczek organicznych przy użyciu metod opartych na teorii funkcjonału gęstości (DFT).

Prowadzone w Katedrze prace w zakresie astrofizyki, a w szczególności fizyki materii międzygwiazdowej, skupiają się na badaniach rozpowszechnienia i parametrów fizycznych atomów i molekuł w niej zawartych w oparciu o dane spektroskopowe obłoków międzygwiazdowych. Uzyskiwane wyniki mogą posłużyć nie tylko do opisu właściwości samych obłoków, ale również do testowania wyników modelowych czy danych doświadczalnych.

Osiągnięcia katedry

Pracownicy Katedry prowadzą badania z zakresu fizyki molekularnej i chemii kwantowej, tworząc narzędzia usprawniające obliczenia właściwości elektrycznych i optycznych cząsteczek i kompleksów. W Katedrze są prowadzone również badania w zakresie fizyki i astrofizyki ośrodka międzygwiazdowego, w oparciu o dostępne metody spektroskopowe i fotometryczne, w obszarze od podczerwieni po ultrafioletowy zakres widma. Badane są w ten sposób właściwości fizyczne samych obłoków międzygwiazdowych, jak i atomów i molekuł wchodzących w ich skład.

Dr hab. Tomasz Weselak prof. uczelni od momentu zatrudnienia w październiku 2003 roku był kierownikiem dwóch uczelnianych grantów badawczych oraz współwykonawcą dwóch pozauczelnianych grantów z ramienia Narodowego Centrum Nauki i MNiSW.

Udało się w ten sposób wypracować podstawy precyzyjnego określania parametrów fizycznych prostych cząsteczek wchodzących w skład obłoków międzygwiazdowych.

Współpraca międzynarodowa w tym okresie obejmowała następujące ośrodki badawcze: Universidad Catolica del Norte, Antafogasta (Chile), Institute of Astronomy of the Russian AS (Rosja), Korea University of Science and Technology, Daejeon (Korea Płd.).

Dr hab. Angelika Baranowska-Łączkowska, prof. uczelni, od momentu zatrudnienia w Instytucie Fizyki UKW w październiku 2009 r. była kierownikiem czterech grantów badawczych, w tym dwóch projektów finansowanych przez Fundację na  rzecz Nauki Polskiej, jednego grantu MNiSW oraz jednego grantu własnego KBN. Realizacja tych projektów pozwoliła stworzyć od podstaw klaster obliczeniowy Instytutu Fizyki. Prof. Baranowska-Łączkowska prowadzi badania we współpracy z ośrodkami naukowymi w Polsce i za granicą, m.in. Universidad de Santiago de Compostela (Hiszpania), Technical University of Denmark (Dania), Consiglio Nazionale delle Ricerche (Włochy), Virginia Tech (Stany Zjednoczone), Politechnika Wrocławska i Uniwersytet Mikołaja Kopernika. Przez blisko trzy lata pracowała w zagranicznych jednostkach naukowych (Włochy, Hiszpania).

Tematyka badawcza:

  • wyznaczanie mocy oscylatorów dla obserwowanych przejść prostych cząsteczek ośrodka międzygwiazdowego
  • określanie obfitości prostych cząsteczek dwuatomowych ośrodka międzygwiazdowego w oparciu o wyznaczone i sprawdzone moce oscylatorów
  • poszukiwania zależności między obfitościami prostych cząsteczek w obłokach międzygwiazdowych
  • poszukiwania związków między obfitościami prostych cząsteczek a natężeniami międzygwiazdowych linii rozmytych
  • badania właściwości międzygwiazdowych linii rozmytych
  • badania struktury i właściwości obłoków międzygwiazdowych
  • generacja baz funkcyjnych zaprojektowanych do obliczeń liniowych i nieliniowych własności elektrycznych cząsteczek
  • obliczenia ab initio liniowych i nieliniowych własności elektrycznych cząsteczek izolowanych oraz kompleksów zawierających wiązania wodorowe
  • teoretyczne studia zjawiska naturalnej czynności optycznej cząsteczek organicznych
  • analiza konformacyjna elastycznych cząsteczek organicznych przy użyciu metod teorii funkcjonału gęstości elektronowej
  • teoretyczne studia zjawiska dwójłomności indukowanej w układach achiralnych i chiralnych obecnością zewnętrznego pola elektromagnetycznego
  • teoretyczne studia kształtu powierzchni energii oddziaływania dla kompleksów van der Waalsa
  • obliczenia ab initio indukowanych oddziaływaniem elektrycznych własności kompleksów van der Waalsa
  • badania oddziaływań w obrębie kompleksów organicznych o potencjalnym znaczeniu farmakologicznym. 

Wybrane publikacje pracowników Katedry:

  1. A. Baranowska, A. J. Sadlej, „Polarized basis sets for accurate calculations of static and dynamic electric properties of molecules”, J. Comput. Chem. 31, 552 (2010).
  2. T. Weselak, G. A. Galazutdinov, Y. Beletsky, J. Krełowski, „The relation between column densities of interstellar OH and CH molecules”,   Mon. Not.  R. Astron. Soc. 402, 1991 (2010).
  3. A. Baranowska-Łączkowska, B. Fernández, R. Zaleśny „New basis sets for the evaluation of interaction-induced electric properties in hydrogen bonded complexes” J. Comput. Chem. 34, 275 (2013).
  4. A. Baranowska-Łączkowska, K. Z. Łączkowski „The ORP basis set designed for optical rotation calculations”, J. Comput. Chem. 34, 2006 (2013).
  5. T. Weselak, G. A. Galazutdinov, P. Gnaciński, J. Krełowski, „Consistent system of oscillator strengths of A2Δ – X2Π (0, 0) and B2Σ- – X2Π (0, 0) bands of CH molecule”, Acta Astron., 64, 277 (2014).
  6. T. Weselak, G. A. Galazutdinov, O. Sergeev, V. Godunova, R. Kołos,  J. Krełowski, „Carriers of 4964 and 6196 diffuse interstellar bands and environments dominated by either CH or CH+ molecules”, Acta Astron. 64, 371 (2014).
  7. R. Zaleśny, A. Baranowska-Łączkowska, M. Medved, J. M. Luis  „Comparison of property-oriented basis sets for the computation of electronic and nuclear relaxation hyperpolarizabilities”, J. Chem. Theor. Comput. 11, 4119 (2015).
  8. A. Baranowska-Łączkowska „Efficient polarized basis sets for evaluation of static and dynamic molecular electric properties” Int. J. Quantum Chem., 116, 1084 (2016).
  9. A. Baranowska-Łączkowska, K. Z. Łączkowski, C. Henriksen, B. Fernández, M. Kozak, S. Zielińska „New basis set for the prediction of specific rotation in flexible biological molecules” RSC Adv. 6, 19897 (2016).
  10. K. Z. Łączkowski, A. Biernasiuk, A. Baranowska-Łączkowska, S. Zielińska, K. Sałat, A. Furgała, K. Misiura, A. Malm „Synthesis, antimicrobial and anticonvulsant screening of small library of tetrahydro-2H-thiopyran-4-yl based thiazoles and selenazoles” J. Enzyme Inhib. Med. Chem., 31(S2), 24 (2016).
  11. J. C. Howard, S. Sowndarya S. V., I. M. Ansari, T. J. Mach, A. Baranowska-Łaczkowska, T. D. Crawford, „On the performance of property-optimized basis sets for optical rotation with coupled cluster theory”, J. Phys. Chem. A. 122, 5962 (2018).
  12. A. Baranowska-Łączkowska, K. Z. Łączkowski, C. Henriksen, B. Fernández, „New basis set for the evaluation of specific rotation in flexible biological molecules in solution” J. Phys. Chem. A 122, 5477 (2018).
  13. K. Z.  Łączkowski, A. Baranowska-Łączkowska, „Recent studies on the thalidomide and its derivatives”, Future Med. Chem. 10, 2133 (2018).
  14. A. Baranowska-Łączkowska, B. Fernández, „Accurate calculation of optically induced birefringences in chiral systems using efficient polarized basis sets”, Phys. Chem. Chem. Phys. 20, 29717 (2018).
  15. J. Cytarska, A. Anisiewicz, A. Baranowska-Łączkowska, A. Sikora, J. Wietrzyk, K. Misiura, K. Z. Łączkowski, „Triazene salts: Design, synthesis, ctDNA interaction, lipophilicity determination, DFT calculation, and antiproliferative activity against human cancer cell lines”, Saudi Pharm. J. 27, 303 (2019).
  16. A. Baranowska-Łączkowska, K. Z. Łączkowski, B. Fernández, „The role of substituents in optical rotation of oxiranes, oxetanes, and oxathietanes”, J. Chem. Inf. Model. 59, 2103 (2019).
  17. T. Weselak, „The relation between 5780 and 5797 diffuse interstellar bands, CH/CH+ molecules, and atomic or molecular hydrogen”, Astron. Astrophys. 625, 55 (2019).