Prof. dr hab. Wojciech Knap
Wojciech Knap ukończył fizykę na Uniwersytecie Warszawskim w 1979 roku, a sześć lat później obronił doktorat dotyczący półprzewodników pracujących w zakresie terahercowym. Po kilku latach pracy na macierzystej uczelni wyjechał do Francji, gdzie związał się z Uniwersytetem w Montpellier, a następnie Laboratorium Wysokich Pól Magnetycznych w Grenoble i Laboratorium Impulsowych Pól Magnetycznych w Toulouse. Doświadczenie międzynarodowe zdobywał m.in. jako visiting researcher na Politechnice Rensselaer w Troy (USA) oraz na Uniwersytecie Tohoku w Sendai (Japonia). W 1992 roku został profesorem i dyrektorem ds. badań Francuskiego Narodowego Centrum Badań Naukowych (CNRS) w Montpellier, a od 2005 roku kierował grupą badawczą pracującą nad technologiami terahercowymi w tamtejszym Laboratorium Charlesa Coulomba. W 2013 roku uzyskał tytuł profesora w Polsce.
Od 2013 roku jest związany z Instytutem Wysokich Ciśnień Polskiej Akademii Nauk, gdzie utworzył Laboratorium Promieniowania Terahercowego. Tam też w 2018 roku uruchomił Centrum Badań i Zastosowań Terahercowych CENTERA, a w 2023 otworzył CENTERA 2 na Politechnice Warszawskiej. Ośrodek prowadzi badania B+R skupione na podstawowych i aplikacyjnych aspektach zjawisk terahercowych. Są one współfinansowane przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej ze środków europejskich w ramach działania Międzynarodowe Agendy Badawcze.
Zainteresowania naukowe prof. Knapa obejmują fizykę półprzewodników w dalekiej podczerwieni (promieniowanie terahercowe), plazmonikę nanostruktur i materiałów dwuwymiarowych oraz zastosowania zjawisk kolektywnych (plazmony, magnony) do konstruowania nowych detektorów i generatorów promieniowania terahercowego. Dorobek naukowy prof. Knapa obejmuje ponad 740 artykułów, które zostały zacytowane ponad 18500 razy. Jest też autorem lub współautorem licznych patentów. Był pomysłodawcą i koordynatorem międzynarodowych sieci badawczych poświęconych fizyce promieniowania terahercowego, m.in. GDR we Francji oraz TERAMIR (Francja-Polska-Rosja). Z jego inicjatywy powstało również przedsiębiorstwo typu spin-off „Terakalis”, wdrażające technologie terahercowe do zastosowań przemysłowych. W 2022 roku jego projekt TERAPLASM został wyróżniony przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych jednym z najbardziej prestiżowych grantów w Europie – ERC Advanced Grant.
Prof. Wojciech Knap pracował w komitetach redakcyjnych czasopism „European Physical Journal – Applied Physics” oraz „Electronics MDPI”, a także jako recenzent dla tytułów takich jak „Nature”, „Applied Physics Letters” czy „Journal of Applied Physics”. Za swoje osiągnięcia badawcze otrzymał wiele wyróżnień we Francji, Polsce i Japonii, a także stypendia naukowe Uniwersytetu Tohoku i Instytutu RIKEN w Japonii. Był laureatem programu TEAM Fundacji na rzecz Nauki Polskiej.
Fale terahercowe (THz) znajdujące się pomiędzy mikrofalami a podczerwienią jeszcze do niedawna pozostawały niemal nieosiągalne dla inżynierów, choć astronomowie od dawna wykorzystywali je do obserwacji odległych zakątków Wszechświata. Prace prof. Wojciecha Knapa i jego zespołu mają na celu otworzenie drogi do ich praktycznego zastosowania w „ziemskich” technologiach przyszłości. Obecnie promieniowanie terahercowe jest jednym z najbardziej perspektywicznych obszarów fizyki i inżynierii materiałowej. Potencjał THz jest ogromny: promieniowanie to może znaleźć zastosowanie m.in. w bezkontaktowej diagnostyce medycznej lub przemysłowej, kontroli bezpieczeństwa, szybkiej telekomunikacji bezprzewodowej. Prof. Wojciech Knap jest jednym ze światowych liderów w badaniach nad plazmoniką terahercową – dziedziną łączącą fizykę półprzewodników, optoelektronikę i nanotechnologię.
Fale terahercowe mają niezwykłe właściwości. Przenikają przez papier, tkaniny, plastik czy drewno, ale zatrzymują się na metalach i wodzie. Nie są szkodliwe dla ludzi, dlatego można je wykorzystywać w diagnostyce medycznej czy skanowaniu produktów przemysłowych – bez potrzeby używania promieniowania rentgenowskiego. Co więcej, fale THz mogą przenosić znacznie większe ilości danych niż te wykorzystywane obecne w sieciach 4G, a przyszłe generacje łączności – bezprzewodowe sieci 5G i 6G – będą wykorzystywać je jako nośnik informacji. Dzięki temu możliwe stanie się przesyłanie ogromnych ilości danych w czasie niemal rzeczywistym, co z pewnością zrewolucjonizuje zarówno przemysł, medycynę, transport jak i samą telekomunikację.
Badania prof. Wojciecha Knapa doprowadziły do opracowania nowych sposobów odbierania fal terahercowych. Udało się to dzięki wykorzystaniu specjalnych tranzystorów – małych elementów elektronicznych, w których elektrony zamknięte w malej objętości oscylują wyjątkowo szybko, tworząc tzw. terahercowe fale plazmowe dwuwymiarowego gazu elektronowego. W praktyce oznacza to, że naukowiec znalazł sposób, jak wykorzystać te ultraszybkie tranzystory do efektywnego odbioru fal THz. Obecnie trwają prace nad wykorzystaniem tych samych tranzystorów do wzmocnienia i generacji promieniowania THz.
Prof. Knap (wspólnie z grupą badaczy z Tohoku University w Japonii) wykazał również, że fale terahercowe można wzmacniać w temperaturze pokojowej za pomocą specjalnie zaprojektowanych nanostruktur grafenowych. To przełom, bo do tej pory uważano ze takie efekty można osiągnąć jedynie w temperaturach kriogenicznych (ich umowna granica to poniżej minus 150 stopni Celsjusza). Grafen, materiał zbudowany z pojedynczej warstwy atomów węgla, ma wyjątkowe właściwości elektryczne. W strukturach badanych przez zespół prof. Wojciecha Knapa udało się pobudzić zjawisko tzw. oscylacji plazmonowych, czyli fal elektronowych, które mogą wzmacniać promieniowanie THz. Dzięki temu możliwe stało się rozpoczęcie prac nad stworzeniem nowej generacji wzmacniaczy THz sterowanych napięciem – urządzeń szybkich, energooszczędnych i kompaktowych.
Jednym z głównych ośrodków na świecie, w których rozwijana jest fizyka terahercowa, jest Centrum Badań i Zastosowań Technologii Terahercowych CENTERA w Warszawie. Powstało ono z inicjatywy prof. Wojciecha Knapa najpierw w Instytucie Wysokich Ciśnień PAN, a obecnie działa w ramach CEZAMAT-u na Politechnice Warszawskiej i jest współfinansowane w ramach programu Międzynarodowe Agendy Badawcze Fundacji na rzecz Nauki Polskiej. CENTERA prowadzi interdyscyplinarne badania nad zastosowaniem metod generowania, emisji i detekcji fal THz. Naukowcy pracują nad stworzeniem przełomowych technologii wykorzystujących promieniowanie terahercowe – takich jak szybkie skanery, analizatory chemiczne czy systemy komunikacji nowej generacji. Dotychczas rozwój takich urządzeń ograniczały wysokie koszty i duże rozmiary generatorów fal THz. Zespół prof. Knapa pracuje jednak nad ich miniaturyzacją i przystosowaniem do masowej produkcji, z wykorzystaniem tanich technologii półprzewodnikowych, znanych z klasycznych tranzystorów i układów scalonych.
Badania laureata są jednym z fundamentów rozwoju technologii terahercowych na świecie – zarówno na poziomie podstawowej fizyki materii skondensowanej, jak i praktycznych zastosowań, w tym zwłaszcza ultraszybkiej komunikacji bezprzewodowej. Dzięki jego wizjonerskim osiągnięciom promieniowanie terahercowe zyskuje realne znaczenie aplikacyjne, a Polska jest w ścisłej światowej czołówce badań w tej dziedzinie.
