IGF


 
dr hab. Tomasz Antosiewicz
profesor ucz.
Instytut Geofizyki
Zakład Optyki Informacyjnej
ul. Pasteura 5, pokój: B4.06
+48 22 55 32 006
tantos@igf.fuw.edu.pl

Oddziaływanie światła z materią zdeterminowane jest przez jej skład oraz rozkład w przestrzeni. Startując z pewnej ilości danego pierwiastka i zmieniając jego ukształtowanie możliwe jest otrzymanie zarówno bardzo dobrego lustra, (prawie) doskonałej czerni, jak i wielobarwnej gamy kolorów. Zajmuję się odkrywaniem jak ukształtowanie przestrzenne materii w nanometrowej skali wpływa na jej oddziaływanie ze światłem i w jaki sposób można wykorzystać te zjawiska w budowie wydajniejszych urządzeń. W moich badaniach wykorzystuję wiedzę z optyki, elektrodynamiki i wybranych elementów ciała stałego. Zajmuję się głównie modelowaniem komputerowym i rozwojem modeli analitycznych, a przewidywania i modele testuję przy współpracy na Wydziale Fizyki jak i z grupami badawczymi w Chalmers University of Technology i Universidad Autónoma de Madrid. Te badania wpisują się w światowy rozwój metamateriałów i nanofotoniki funkcjonalnej.

Aktualna tematyka badawcza obejmuje:

Silne sprzężenie pomiędzy światłem i materią otwiera nowe możliwości kontrolowania światła, w których hybrydowe rezonanse posiadają własności obu składników. Jest to możliwe dzięki temu, iż w tym stanie wymiana energii pomiędzy podukładem fotonicznymi a materiałowym (np. ekscyton) zachodzi szybciej niż jakakolwiek dyssypacja. Prowadzi to powstania jakościowo nowych stanów, które umożliwią zaobserwowanie np. jedno-fotonowych nieliniowości, optycznych układów logicznych, bądź kontrolowania reakcji chemicznych.

  • Mikael Kuisma, Benjamin Rousseaux, Krzysztof M. Czajkowski, Tuomas P. Rossi, Timur Shegai, Paul Erhart, and Tomasz J. Antosiewicz, Ultrastrong Coupling of a Single Molecule to a Plasmonic Nanocavity: A First-Principles Study, ACS Photonics 9, 1065-1077 (2022).
  • Jakub Fojt, Tuomas P. Rossi, Tomasz J. Antosiewicz, Mikael Kuisma, and Paul Erhart, Dipolar coupling of nanoparticle-molecule assemblies: An efficient approach for studying strong coupling, J. Chem. Phys. 154, 094109 (2021).
  • Adriana Canales, Denis G. Baranov, Tomasz J. Antosiewicz, Timur Shegai, Abundance of cavity-free polaritonic states in resonant materials and nanostructures, J. Chem. Phys. 154, 024701 (2021).
  • Denis G. Baranov, Battulga Munkhbat, Elena Zhukova, Ankit Bisht, Adriana Canales, Benjamin Rousseaux, Göran Johansson, Tomasz J. Antosiewicz, Timur Shegai, Ultrastrong coupling between nanoparticle plasmons and cavity photons at ambient conditions, Nature Commun. 11, 2715 (2020).
  • Tuomas P. Rossi, Timur Shegai, Paul Erhart, Tomasz J. Antosiewicz, Strong plasmon-molecule coupling at the nanoscale revealed by first-principles modeling, Nature Communications 10, 3336 (2019).
  • Ankit Bisht, Jorge Cuadra, Martin Wersäll, Adriana Canales, Tomasz J. Antosiewicz, Timur Shegai, Collective Strong Light-Matter Coupling in Hierarchical Microcavity-Plasmon-Exciton Systems, Nano Lett. 19, 189-196 (2019).
  • Michael Stührenberg, Battulga Munkhbat, Denis G. Baranov, Jorge Cuadra, Andrew B. Yankovich, Tomasz J. Antosiewicz, Eva Olsson, Timur Shegai, Strong Light−Matter Coupling between Plasmons in Individual Gold Bi-pyramids and Excitons in Mono- and Multilayer WSe2, Nano Lett. 18, 5938-5945 (2018).
  • Battulga Munkhbat, Martin Wersäll, Denis G. Baranov, Tomasz J. Antosiewicz, Timur Shegai, Suppression of photo-oxidation of organic chromophores by strong coupling to plasmonic nanoantennas, Sci. Adv. 4, eaas9552 (2018).
  • Denis G. Baranov, Martin Wersäll, Jorge Cuadra, Tomasz J. Antosiewicz, Timur Shegai, Novel Nanostructures and Materials for Strong Light−Matter Interactions, ACS Photonics 5, 24-42 (2018).
  • Jorge Cuadra, Denis G. Baranov, Martin Wersäll, Ruggero Verre, Tomasz J. Antosiewicz, Timur Shegai, Observation of tunable charged exciton polaritons in hybrid monolayer WS2–plasmonic nanoantenna system, Nano Lett. 18, 1777-1785 (2018).
  • Martin Wersäll, Jorge Cuadra, Tomasz J. Antosiewicz, Sinan Balci, Timur Shegai, Observation of mode splitting in photoluminescence of individual plasmonic nanoparticles strongly coupled to molecular excitons, Nano Lett. 17, 551-558 (2017).
  • Zhong-Jian Yang, Tomasz J. Antosiewicz, Timur Shegai. Role of material loss and mode volume of plasmonic nanocavities for strong plasmon-exciton interactions, Opt. Express 24, 20373-20381 (2016).
  • Gülis Zengin, Martin Wersäll, Sara Nilsson, Tomasz J. Antosiewicz, Mikael Käll, Timur Shegai, Realizing strong light-matter interactions between single-nanoparticle plasmons and molecular excitons at ambient conditions, Phys. Rev. Lett. 114, 157401 (2015).
  • Tomasz J. Antosiewicz, S. Peter Apell, Timur Shegai, Plasmon-exciton interactions in a core-shell geometry: From enhanced absorption to strong coupling, ACS Photonics 1, 454-463 (2014).

Plazmoniczne sensory wykorzystują wzmocnione pole elektromagnetyczne przy powierzchni metalu do pomiaru zmian współczynnika załamania, które są wywołane przez zmiany materiałowe i strukturalne zachodzące w tym polu. Te czujniki działają w oparciu o rezonans plazmoniczny, który zachodzi dla struktur metalicznych o odpowiednich geometriach, a jego częstość rezonansowa zależy od rozmiarów struktury, materiału, geometrii, jaki i otoczenia. Zmiana dowolnego z tych parametrów skutkuje przesunięciem rezonansu, dzięki czemu można śledzić w czasie te zmiany. Bardzo duże wzmocnienie pola elektromagnetycznego umożliwia detekcję nawet pojedynczych molekuł oraz innych efektów zachodzących w skali nanometrowej.

  • Ferry Anggoro Ardy Nugroho, Dominika Świtlik, Antonius Armanious, Padraic O’Reilly, Iwan Darmadi, Sara Nilsson, Vladimir P. Zhdanov, Fredrik Höök, Tomasz J. Antosiewicz, and Christoph Langhammer, Time-Resolved Thickness and Shape-Change Quantification using a Dual-Band Nanoplasmonic Ruler with Sub-Nanometer Resolution, ACS Nano (2022).
  • Pernilla Ekborg-Tanner, J. Magnus Rahm, Victor Rosendal, Maria Bancerek, Tuomas P. Rossi, Tomasz J. Antosiewicz, and Paul Erhart, Computational Design of Alloy Nanostructures for Optical Sensing of Hydrogen, ACS Applied Nano Materials 5, 10225-10236 (2022).
  • Ferry Anggoro Ardy Nugroho, David Albinsson, Tomasz J. Antosiewicz, and Christoph Langhammer, Plasmonic Metasurface for Spatially Resolved Optical Sensing in Three Dimensions, ACS Nano 14, 2345-2353 (2020).
  • Ferry A. A. Nugroho, Iwan Darmadi, Lucy Cusinato, Arturo Susarrey-Arce, Herman Schreuders, Lars J. Bannenberg, Alice Bastos da Silva Fanta, Shima Kadkhodazadeh, Jakob B. Wagner, Tomasz J. Antosiewicz, Anders Hellman, Vladimir P. Zhdanov, Bernard Dam, Christoph Langhammer, Metal–polymer hybrid nanomaterials for plasmonic ultrafast hydrogen detection, Nature Materials 18, 489-495 (2019).
  • David Albinsson, Sara Nilsson, Tomasz J. Antosiewicz, Vladimir P. Zhdanov, Christoph Langhammer, Heterodimers for in Situ Plasmonic Spectroscopy: Cu Nanoparticle Oxidation Kinetics, Kirkendall Effect, and Compensation in the Arrhenius Parameters, J. Phys. Chem. C 123, 6284-6293 (2019).
  • Srdjan S. Aćimović, Hana Šípová-Jungová, Gustav Emilsson, Lei Shao, Andreas B. Dahlin, Mikael Käll, Tomasz J. Antosiewicz, Antibody−Antigen Interaction Dynamics Revealed by Analysis of Single-Molecule Equilibrium Fluctuations on Individual Plasmonic Nanoparticle Biosensors, ACS Nano 12, 9958-9965 (2018).
  • Ferry A. A. Nugroho, Rickard Frost, Tomasz J. Antosiewicz, Joachim Fritzsche, Elin M. Larsson Langhammer, Christoph Langhammer, Topographically flat nanoplasmonic sensor chips for biosensing and materials science, ACS Sensors 2, 119-127 (2017).
  • Ferry A. A. Nugroho, Amaia Diaz de Zerio Mendaza, Camilla Lindqvist, Tomasz J. Antosiewicz, Christian Müller, Christoph Langhammer, Plasmonic nanospectroscopy for thermal analysis of organic semiconductor thin films, Anal. 89, 2575-2582 (2017).
  • Srdjan S Aćimović, Hana Šípová, Gustav Emilsson, Andreas B Dahlin, Tomasz J Antosiewicz, Mikael Käll, Superior LSPR substrates based on electromagnetic decoupling for on-a-chip high-throughput label-free biosensing, Light: Sci. 6, e17042 (2017).
  • Svetlana Alekseeva, Alice Bastos da Silva Fanta, Beniamino Iandolo, Tomasz J. Antosiewicz, Ferry Anggoro Ardy Nugroho, Jakob B. Wagner, Andrew Burrows, Vladimir P. Zhdanov, Christoph Langhammer, Grain boundary mediated hydriding phase transformations in individual polycrystalline metal nanoparticles, Nature Commun. 8, 1084 (2017).
  • Joachim Fritzsche, David Albinsson, Michael Fritzsche, Tomasz J. Antosiewicz, Fredrik Westerlund, Christoph Langhammer, Single particle nanoplasmonic sensing in individual nanofluidic channels, Nano Lett. 16, 7857-7864 (2016).
  • Tomasz J. Antosiewicz, Mikael Käll, A multiscale approach to modeling plasmonic nanorod biosensors, J. Phys. Chem. C 120, 20692-20701 (2016).
  • Svetlana Syrenova, Carl Wadell, Ferry A. A. Nugroho, Tina A. Gschneidtner, Yuri A. Diaz Fernandez, Giammarco Nalin, Dominika Świlik, Frederik Westerlund, Tomasz J. Antosiewicz, Vladimir P. Zhdanov, Kasper Moth-Poulsen, Christoph Langhammer, Hydride formation thermodynamics and hysteresis in individual Pd nanocrystals with different size and shape, Nature Mater. 14, 1236-1244 (2015).
  • Virginia Claudio, Andreas B. Dahlin, Tomasz J. Antosiewicz, Single-particle plasmon sensing of discrete molecular events: Binding position versus signal variations for different sensor geometries, J. Phys. Chem. C 118, 6980-6988 (2014).

Optyczne rezonatory zbudowane z dielektryków umożliwiają wydajne sprzęgnięcie materii ze światłem bez strat dyssypacyjnych w metalach.

  • Krzysztof M. Czajkowski, Tomasz J. Antosiewicz, Local versus bulk circular dichroism enhancement by achiral all-dielectric nanoresonators, Nanophotonics 11, 4287-4297 (2022).
  • Battulga Munkhbat, Piotr Wróbel, Tomasz J. Antosiewicz, and Timur O. Shegai, Optical Constants of Several Multilayer Transition Metal Dichalcogenides Measured by Spectroscopic Ellipsometry in the 300–1700 nm Range: High Index, Anisotropy, and Hyperbolicity, ACS Photonics 9, 2398-2407 (2022).
  • Krzysztof M. Czajkowski, Maria Bancerek, Alexander Korneluk, Dominika Świtlik and Tomasz J. Antosiewicz, Polarization-dependent mode coupling in hyperbolic nanospheres, Nanophotonics 10, 2737-2751 (2021).
  • Aili Maimaiti, Partha Pratim Patra, Steven Jones, Tomasz J. Antosiewicz, Ruggero Verre, Low-Loss Hybrid High-Index Dielectric Particles on a Mirror for Extreme Light Confinement, Adv. Opt. Mater. 8, 1901820 (2020).
  • Nils Odebo Länk, Mikael Käll, Tomasz J. Antosiewicz, Electromagnetic Energy Distribution in Resonant Quasi Porous Silicon Nanostructures, ACS Photonics 6, 1706-1714 (2019).
  • Noemi Bosio, Hana Šípová-Jungová, Nils Odebo Länk, Tomasz J. Antosiewicz, Ruggero Verre, Mikael Käll, Plasmonic versus All-Dielectric Nanoantennas for Refractometric Sensing: A Direct Comparison, ACS Photonics 6, 1556-1564 (2019).
  • Ruggero Verre, Lei Shao, Nils Odebo Länk, Pawel Karpiński, Andrew B. Yankovich, Tomasz J. Antosiewicz, Eva Olsson, Mikael Käll, Metasurfaces and colloidal suspensions composed of 3D chiral Si nanoresonators, Adv. Mater. 29, 1701352 (2017).

Efekty kwantowe i nielokalne w nanostrukturach plazmonicznych o rozmiarach pojedynczych nanometrów zmieniają istotnie własności rezonansowe powodując przesunięcie rezonansu ku czerwieni bądź ku niebieskiemu w zależności od materiału plazmonicznego (gęstości nośników przewodnictwa) i otoczenia. Znajomość tych efektów umożliwia przewidywanie własności układów plazmonicznych i urządzeń na nich opartych.

  • Carmina Monreal, S. Peter Apell, Tomasz J. Antosiewicz, Quantum-size effects in visible defect photoluminescence of colloidal ZnO quantum dots: a theoretical analysis, Nanoscale 10, 7016-7025 (2018).
  • Carmina Monreal, S. Peter Apell, Tomasz J. Antosiewicz, Infrared absorption and hot electron production in low-electron-density nanospheres: A look at real systems, J. Phys. Chem. Lett. 8, 524-530 (2017).
  • Carmina Monreal, Tomasz J. Antosiewicz, S. Peter Apell, Diffuse surface scattering and quantum size effects in the surface plasmon resonances of low-carrier-density nanocrystals, J. Phys. Chem. C 120, 5074-5082 (2016).
  • Carmina Monreal, Tomasz J. Antosiewicz, S. Peter Apell, Diffuse surface scattering in the plasmonic resonances of ultralow electron density nanospheres, J. Phys. Chem. Lett. 6, 1847-1853 (2015).

Plazmoniczne układy antena-reaktor do wydajnej katalizy, dzięki którym jesteśmy w stanie wydajnie wykorzystać rzadkie materiały katalityczne jak platyna, pallad, rod, i inne. Dzięki sprzęgnięciu ich z antenami optycznymi możemy zwiększyć absorpcje światła i generację gorących elektronów, które są odpowiedzialne za zachodzenie reakcji fotokatalitycznych.

  • Arturo Susarrey-Arce, Krzysztof M. Czajkowski, Iwan Darmadi, Sara Nilsson, Irem Tanyeli, Svetlana Alekseeva, Tomasz J. Antosiewicz, Christoph Langhammer, A nanofabricated plasmonic core–shell-nanoparticle library, Nanoscale 11, 21207-21217 (2019).
  • Carmina Monreal, S. Peter Apell, Tomasz J. Antosiewicz, Infrared absorption and hot electron production in low-electron-density nanospheres: A look at real systems, J. Phys. Chem. Lett. 8, 524-530 (2017).
  • Zhong-Jian Yang, Tomasz J. Antosiewicz, Ruggero Verre, F. Javier Garcia de Abajo, S. Peer Apell, Mikael Käll, Ultimate limit of light extinction by nanophotonic structures, Nano Lett. 15, 7633-7638 (2015).
  • Tomasz J. Antosiewicz, Carl Wadell, Christoph Langhammer, Plasmon-assisted indirect light absorption engineering in small transition metal catalyst nanoparticles, Adv. Opt. Mater. 3, 1591-1599 (2015).
  • Tomasz J. Antosiewicz, S. Peter Apell, Optical enhancement of plasmonic activity of catalytic metal nanoparticles, RSC Adv. 5, 6378-6384 (2015).

Efektywne własności stochastycznych aglomeratów nanocząstek stanowią prosty, ale bardzo efektywny sposób uwzględnienia własności optycznych bez zagłębiania się w mikroskopowe szczegóły strukturalne. Opis dwu- lub wieloskładowych materiałów sprowadza się do posługiwania się prostą, efektywną przenikalnością elektryczną, która zawiera w sobie wszystkie oddziaływania zachodzące wewnątrz materiału.

  • Krzysztof M. Czajkowski, Tomasz J. Antosiewicz, Electromagnetic Coupling in Optical Devices Based on Random Arrays of Dielectric Nanoresonators, J. Phys. Chem. C 124, 896-905 (2020).
  • Krzysztof M. Czajkowski, Tomasz J. Antosiewicz, Effective dipolar polarizability of amorphous arrays of size-dispersed nanoparticles, Opt. Lett. 45, 3220-3223 (2020).
  • Krzysztof M. Czajkowski, Maria Bancerek, Tomasz J. Antosiewicz, Multipole analysis of substrate-supported dielectric nanoresonator metasurfaces via the T-matrix method, Phys. Rev. B 102, 085431 (2020).
  • Krzysztof M. Czajkowski, Dominika Świtlik, Christoph Langhammer, Tomasz J. Antosiewicz, Effective Optical Properties of Inhomogeneously Distributed Nanoobjects in Strong Field Gradients of Nanoplasmonic Sensors, Plasmonics 13, 2423-2434 (2018).
  • Tomasz J. Antosiewicz, Tomasz Tarkowski, Localized surface plasmon decay pathways in disordered two-dimensional nanoparticle arrays, ACS Photonics 2, 1732-1738 (2015).
  • Tomasz J. Antosiewicz, S. Peter Apell, Plasmonic glasses: Optical properties of amorphous metal-dielectric composites, Opt. Express 22, 2031-2042 (2014).

Projekt badawczy

Doktorzy

Magistrowie

Licencjaci

Rozprawy habilitacyjne

Rozprawy doktorskie

Prace magisterskie