Badania naukowe

Wydział Matematyki, Fizyki i Informatyki składa się z czterech instytutów, prowadzących badania naukowe w podanych poniżej dziedzinach:

• Instytut Matematyki
  • Zakład Algebry
    • grupy klas odwzorowań powierzchni zwartych
    • automorfizmy i symetrie powierzchni Riemanna
  • Zakład Analizy Matematycznej
    • problemy podstawowe dla jedno- i wielowymiarowych automatów komórkowych
    • analiza nieliniowa i jej zastosowania w zagadnieniach brzegowych dla równań różniczkowych zwyczajnych i cząstkowych; badanie własności przestrzeni funkcji o wahaniu ograniczonym
    • problemy podstawowe dla równań różniczkowych na jedno- i wielowymiarowych skalach czasu
  • Zakład Dydaktyki Matematyki
    • analiza niezbędnych zmian w metodyce nauczania matematyki w związku z obniżeniem wieku dzieci rozpoczynających naukę w szkole
    • analiza trudności uczniów szkoły podstawowej z rozwiązywaniem pewnych typów zadań
  • Zakład Funkcji Rzeczywistych
    • zastosowania teorii mnogości w topologii i analizie rzeczywistej
    • zbieżność ideałowa ciągów liczbowych i funkcyjnych
    • własności funkcji rzeczywistych i odwzorowań wielowartościowych
    • jednowymiarowe układy dynamiczne
  • Zakład Geometrii
    • teoria grup krystalograficznych; własności płaskich i prawie płaskich rozmaitości; główna metoda badań to teoria reprezentacji grup skończonych
    • zespolone rozmaitości płaskie; spin struktury na rozmaitościach; główna metoda badań wykorzystywana w powyższych punktach, to teoria reprezentacji grup skończonych
    • topologia geometryczna w tym badanie continuów, wielościanów i rozmaitości
    • badanie symetrii powierzchni metodami algebraicznymi
  • Zakład Topologii Geometrycznej i Teorii Węzłów
    • klasyczna teoria węzłów oraz jej uogólnienia; topologii rozmaitości, wielościanów i continuów
    • homologie struktur dystrybutywnych i innych struktur algebraicznych użytecznych do badania położenia rozmaitości w kowymiarze 2 oraz ich zastosowania
    • teoria skein modułów
    • topologia rozmaitości, wielościanów i continuów. w szczególności jednoznaczność rozkładów na iloczyny kartezjańskie
  • Zakład Matematyki Stosowanej i Probabilistyki
    • matematyka obliczeniowa dla równań różniczkowych stosowanych w mechanice kwantowej i biologii matematycznej
    • struktury matematyczne występujące w podstawach mechaniki kwantowej
    • teoria gier klasycznych i kwantowych
    • probabilistyczne modelowanie zjawisk fizycznych
  • Zakład Metod Numerycznych i Równań Różniczkowych
    • równania różniczkowo funkcyjne: istnienie i jednoznaczność oraz aproksymacja różnicowa rozwiązań zagadnień początkowo brzegowych oraz początkowych dla równań cząstkowych lub zwyczajnych
  • Zakład Teorii Mnogości
    • funkcje osiowe
    • struktury borelowskie 
    • ideały zbiorów
    • zastosowania teorii mnogości do funkcji rzeczywistych i teorii miary
  • Zakład Topologii
    • efektywne metody obliczania niezmienników topologicznych i różniczkowych dla rzeczywistych odwzorowań wielomianowych i kiełków funkcji analitycznych oraz zbiorów algebraicznych
    • rozmaitości Calabi-Yau
    • zastosowania teorii mnogości w topologii
    • topologiczne, analityczne i kombinatoryczne własności ideałów i filtrów na zbiorze liczb naturalnych
• Instytut Informatyki
  • ​Zakład Języków Formalnych
    • informatyka teoretyczna z matematycznymi podstawami informatyki
    • problemy kombinatoryczne, lingwistyka matematyczna i teoria automatów
  • Zakład Optymalizacji Kombinatorycznej
    • ekstremalna teoria grafów
    • kombinatoryka
    • algorytmy i struktury danych
    • złożoność obliczeniowa
    • optymalizacja dyskretna (szeregowanie zadań)
    • geometria dyskretna i obliczeniowa
    • teoria współbieżności
    • obliczenia rozproszone (algorytmy agentowe, systemy samostabilizujące się, systemy heterogeniczne)
    • sieci stochastyczne i ich niezawodność
    • teoria grafów i jej zastosowania
  • Zakład Sztucznej Inteligencji
    • ontologie i semantyczne przetwarzanie danych
    • przetwarzanie danych w systemach wysokiej wydajności
    • klasyfikacje i klasteryzacje wykorzystujące techniki eksploracji danych oraz uczenia maszynowego
    • zastosowania sztucznej inteligencji oraz technik rozproszonych
    • metody przetwarzania obrazów cyfrowych, komputerowa diagnostyka i modelowanie w obrazie medycznym, komputerowa analiza obrazów teledetekcyjnych
    • procesy max-stabilne w modelowaniu zdarzeń ekstremalnych
    • biblioteki wiedzy matematycznej, w szczególności foralizacja teorii ciał w Micarze
• Instytut Fizyki Doświadczalnej
  • Zakład Akustyki i Fizyki Jądrowej
    • fizyka radiacyjna w praktyce klinicznej (tele i brachyterapia) i kontroli środowiska
    • fototermiczne i fotoakustyczne metody charakteryzowania procesów transportu w układach biologicznych i środowiskowych
    • energetyka zwilżalności powierzchniowej ciał stałych w inżynierii materiałowej
    • fizyczna adsorpcja powierzchniowa, adsorpcyjne i termoelastyczne własności warstw adsorpcyjnych surfaktantów i biowarstw naturalnych
    • termodynamika i energetyka zjawisk międzyfazowych
    • akustyka środowiska naturalnego, pomieszczeń i zastosowań medycznych
    • fonetyka akustyczna w foniatrii aparatu mowy i audiologii słuchu
  • Zakład Fizyki Atomowej
    • badania zderzeń przy energiach hipertermicznych (w zakresie od 5 eV do 30 000 eV); wiązka jonów atomowych lub molekularnych zderza się z tarczą atomową (gazy szlachetne) lub molekularną pod ciśnieniem rzędu kilku mPa, a także z powierzchniami metali; badany jest m.in. efekt Starka dla linii He; prowadzone są ponadto badania zderzeń atomów "gorących" (otrzymywanych przez neutralizację wiązki jonów) z tarczami molekularnymi w celu obserwacji chemiluminescencji; jeden z tematów badań obejmuje funkcje wzbudzenia luminescencji wynikającej z oddziaływania wiatru słonecznego z gazami występującymi w górnych warstwach atmosfery planet Układu Słonecznego
  • Zakład Fizyki Stosowanej
    • Badania z zakresu spektroskopii atomowej - Spektroskopia laserowa ciężkich jonów, Badanie zderzeń lekkich jonów takich jak H i H2 z cząsteczkami (N2,O2, CO, CO2) będącymi składnikami atmosfery i materii międzygwiazdowej, Badanie wpływu pól elektrycznego i magnetycznego na promieniowanie atomów
    • badania z zakresu spektroskopii NMR - Badanie funkcjonalne mózgu i serca w tomografii NMR, Spektroskopia NMR in vivo mózgu i prostaty, badania istoty białej i szarej mózgu na podstawie tensora dyfuzji oraz obrazów T1-zależnych
    • badania z zakresu funkcji nanomateriałów do zastosowań biomedycznych - Synteza oraz badanie własności fizycznych nanomateriałów, Badanie nanokompozytów polimerowych zawierających glinokrzemiany warstwowe oraz grafen, Charakterystyka hydrożelowych nanokompozytów polimerowych
  • Zakład Fotofizyki Molekularnej i Dydaktyki Fizyki
    • badania spektroskopowe procesu fotoinduko-wanego wewnątrzcząsteczkowego przeniesienia ładunku w dwuchromoforowych układach aro-matycznych; przy wykorzystaniu stacjonarnej, rozdzielonej w czasie spektroskopii oraz numerycznych obliczeń kwantowo-chemicznych badany jest wpływ mikrootoczenia oraz temperatury na procesy fotofizyczne i fotochemiczne zachodzące w ukła-dach z wewnątrzcząsteczkowym przeniesieniem ładunku
    • badania spektroskopowe właściwości fotofizycznych i fotochemicznych molekuł organicznych w stanach podstawowym i elektronowo wzbudzonym; powyższe badania przeprowadzane są z wykorzystaniem metod stacjonarnej i rozdzielonej w czasie spektroskopii, obejmują one określenie właściwości fotofizycznych i fotochemicznych wybranych molekuł organicznych poprzez określenie wpływu rodzaju rozpuszczalnika, stężenia roztworu oraz długości fali światła wzbudzają-cego na podstawowe charakterystyki luminescencyjne
    • obliczenia kwantowo-chemiczne molekuł donorowo-akceptorowych; w celu uzyskania całościowego opisu zjawiska solwatacji badanych molekuł niezbędnym jest wykonanie podstawowych obliczeń kwantowo-chemicznych, obliczenia te, prowadzone przy użyciu programu CAChe WS, pozwalają określić m.in. budowę przestrzenną badanego związku w stanie podstawowym i wzbudzonym, położenia poziomów energetycznych, wartości momentów dipolowych
    • fotofizyka i spektroskopia układów aromatycz-nych z wiązaniami wodorowymi; spektroskopia absorpcyjna i fluorescencyjna (stacjonarna i rozdzielona w czasie) pozwala określić szereg właściwości fotofizycznych i spek-troskopowych molekuł tworzących międzyczą-steczkowe kompleksy z wiązaniem wodorowym, prowadzone badania obejmują min. określenie geometrii, trwałości i rodzaju międzycząsteczkowych kompleksów
    • metody nauczania fizyki wymuszające współuczestnictwo, aktywność ucznia=uczącego się (tzw. metody heurystyczne, między innymi nauczanie przez szukanie odpowiedzi na pytania)
    • problemy poprawności merytorycznej i metodycznej przekazywanych treści fizycznych (podręczników szkolnych i akademickich, publikacji popularnonaukowych)
    • zastosowania mikrokomputerów w dydaktyce fizyki do przeprowadzania eksperymentów
  • Zakład Biomateriałów i Fizyki Medycznej
    • bezpromienisty transfer energii wzbudzenia w układach nieuporządkowanych, o kontrolowanym stopniu uporządkowania, w układach o różnej geometrii i w zastosowaniach biomedycznych
    • własności luminezujących materiałów hybrydowych w postaci nanowarstw, cienkich filmów i nanokompozytów 
    • spektroskopia SPR oraz SPCE 
    • detekcja i własności biomolekuł oraz procesów międzymolekularnych w obecności plazmonów powierzchniowych z wykorzystaniem układów core-shell, nanocząstek metali szlachetnych etc. 
    • własności fotofizyczne molekuł czynnych biologicznie i medycznie oraz znakowanych luminescencyjnie makromolekuł o znaczeniu biomedycznym 
    • zjawisko termicznie aktywowanej opóźnionej fluorescencji (TADF) i jego zastosowania w OLED i fotokatalizatorach 
    • Zjawisko przeniesienia protonu w stanie wzbudzonym (ESIPT) i jego zastosowania do stworzenia indykatorów enzymów i materiałów optycznych.
    • luminescencyjne efekty agregacji barwników organicznych, w tym AIE 
    • badania z pogranicza medycyny nuklearnej i fizyki medycznej 
    • metody i techniki badawcze: badania absorpcyjne i luminescencyjne przy wzbudzeniu stacjonarnym, badania luminescencyjne przy wzbudzeniach impulsowych, optyczna mikroskopia konfokalna, rezonans plazmonowy i indukowana plazmonowo emisja (przy wzbudzeniu ciągłym i impulsowym), emisja kierunkowa SPCE, spektroskopia optyczna w świetle liniowo spolaryzowanym
  • Zakład Spektroskopii Fazy Skondenspowanej
    • wytwarzanie oraz charakteryzacja fizykochemiczna materiałów optoelektronicznych (przede wszystkim dielektryków domieszkowanych jonami ziem rzadkich i metali przejściowych) mających zastosowanie jako luminofory, materiały laserowe, scyntylatory, dozymetry i ekrany rentgenowskie
    • badania materiałów optoelektronicznych metodami spektroskopowymi oraz fotoelektrycznymi w funkcji temperatury oraz ciśnienia wytwarzanego z użyciem komór z kowadłami diamentowymi
    • badanie wpływu stanów pośrednich (stanów z przeniesieniem ładunku oraz ekcytonowych) na własności spektroskopowe jonów domieszek w matrycach dielektrycznych
    • badania procesów lokalizacji, delokalizacji oraz transportu nośników ładunku w dielektrykach domieszkowanych jonami ziem rzadkich
    • badanie stabilności multiwalencyjnych układów jonów ziem rzadkich w matrycach nieorganicznych z wykorzystaniem inżynierii defektów punktowych
• Instytut Fizyki Teoretycznej i Astrofizyki
  • Zakład Metod Matematycznych Fizyki
    W Zakładzie Metod Matematycznych Fizyki realizuje się tematy badawcze dotyczące podstaw mechaniki kwantowej i kwantowej fizyki statystycznej jak. np. badanie struktury odwzorowań dodatnich na algebrach operatorowych,  opis korelacji kwantowych czy zastosowania formalizmu przestrzeni Orlicza w fizyce statystycznej.  Inny kierunek badań dotyczy matematycznego opisu kwantowych układów otwartych i kwantowej termodynamiki wraz z zastosowaniami do modeli mikroskopowych maszyn cieplnych. Intensywnie rozwijane są również badania interdyscyplinarne, w szczególności dotyczące modelowania pracy serca i prowadzone we współpracy z Gdańskim Uniwersytetem Medycznym.
  • Zakład Optyki i Informacji Kwantowej
  • Zakład Spektroskopii Atomowo-Molekularnej i Astrofizyki
    Tematyka badawcza Zakładu SAMiA skoncentrowana jest na studiowaniu: oddziaływań międzyatomowych i międzymolekularnych, zagadnień z dziedziny optyki kwantowej oraz własności ośrodków międzygwiazdowych. Aktualnie pracownicy Zakładu rozwiązują problemy związane z:
    • wyznaczaniem potencjałów adiabatycznych dla ciężkich molekuł dwuatomowych
    • badaniem struktury elektronowej kryształów jonowych domieszkowanych lantanowcami
    • badaniem struktury elektronowej monokryształów zawierających tlenki lantanowców (efekty powierzchniowe)
    • badaniem efektów kooperacyjnych (transfer energii) w kryształach
    • badaniem własności ośrodków atomowych oddziałujących z kilkoma wiązkami laserowymi w obecności pól magnetycznych (stany ciemne)
    • badaniem propagacji stacjonarnych wiązek i impulsów światła laserowego w modyfikowanych przez silne laserowe pola ośrodkach w obecności pola magnetycznego
    • badaniem własności światła oddziałującego z zmodyfikowanym ośrodkiem gazowym w obecności pól zewnętrznych
    • badaniem i modelowaniem obłoków międzygwiazdowych w kierunku wybranych gwiazd na podstawie danych z obserwacji satelitarnych
    • badanie rotacji Galaktyki