AGH University of Science and Technology Faculty of Physics and Applied Computer Science. Annual Report 2017

Transkrypt

1 AGH University of Science and Technology Faculty of Physics and Applied Computer Science Annual Report 2017 Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakówie Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej Raport Roczny 2017

2 2

3 Faculty of Physics and Applied Computer Science Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej AGH DEAN prof. dr hab. Janusz Wolny DEPUTY DEAN FOR SCIENCE AND COOPERATION prof. dr hab. inż. Bartłomiej Szafran DEPUTY DEAN FOR EDUCATION dr hab. inż. Krzysztof Malarz DEPUTY DEAN FOR STUDENT AFFAIRS dr inż. Paweł Armatys ADMINISTRATIVE DIRECTOR dr inż. Janusz Chmist Address of the Faculty Office AGH University of Science and Technology (Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica) al. Mickiewicza 30, Kraków, Poland Faculty of Physics and Applied Computer Science ul. Reymonta 19, Kraków, Building D-10 PHONES , FAX ADDRESS sekretariat@fis.agh.edu.pl WEB-PAGE

4 4 Preface The Faculty of Physics and Applied Computer Science (FPACS) is one of the fifteen Faculties of the AGH University of Science and Technology in Cracow. The origins of the Faculty date back to foundation of the Academy of Mining in 1919 including the Chair of Physics. Over the following decades the Chair has undergone several organizational transformations until in 1991 the AGH Senate has decided to form the Faculty of Physics and Nuclear Techniques. In 2004 the name was changed to Faculty of Physics and Applied Computer Science, to follow the changes in the fields of scientific and educational activity. Scientific activity of the Faculty comprises both basic and applied research in solid state physics, nuclear and elementary particles physics, medical physics, physics of the environment and computer science. The Faculty is the Leader of the Marian Smoluchowski Kraków Scientific Consortium that has been awarded the status of the Leading National Research Centre (KNOW) for The Faculty since 2013 has the highest (A+) category of research units in Poland. The A+ category was maintained in the evaluation of research units in There are six departments within the Faculty: 1. Department of Applied Informatics and Computational Physics (Katedra Informatyki Stosowanej i Fizyki Komputerowej) 2. Department of Applied Nuclear Physics (Katedra Zastosowań Fizyki Jądrowej) 3. Department of Medical Physics and Biophysics (Katedra Fizyki Medycznej i Biofizyki) 4. Department of Solid State Physics (Katedra Fizyki Ciała Stałego) 5. Department of Particle Interaction and Detection Techniques (Katedra Oddziaływań i Detekcji Cząstek) 6. Department of Condensed Matter Physics (Katedra Fizyki Materii Skondensowanej) The faculty staff includes 215 employees: 140 teachers and researchers, including 28 holders of professor title, as well as 32 technical and 15 administrative officers.

5 The Faculty leads B.Sc., M.Sc. and Ph.D. studies. The undergraduate studies consist of seven-semester bachelor programs in three distinct areas: technical physics, medical physics and applied computer science. They are followed by three-semester graduate programs, leading to the M.Sc. degree in the various specializations. AREA: MEDICAL PHYSICS; SPECIALIZATIONS: Dosimetry and Electronics in Medicine, Imaging and Biometrics, AREA: TECHNICAL PHYSICS AREA: APPLIED COMPUTER SCIENCE; SPECIALIZATION: Data Modeling and Analysis Computer Graphics and Image Processing Reconfigurable and Embedded Systems Computer Methods in Science and Technology (in English) The Faculty leads teaching in both general and specialized physics for students of all the Facul ties of the AGH-UST at both undergraduate and graduate levels. The teaching covers lectures, auditorial classes and laboratory work. Some of lectures are offered in English, in particular the entire PhD study course. Faculty organizes complementary courses for the 1st year students of the University in physics (parallel to complementary courses in mathematics, organized by the Faculty of Applied Mathematics). The aim of the courses is to fill possible gaps in the high-school education to increase the efficiency of the training for the candidates who undertook such studies. The Faculty hosts four-year programs of Ph.D. Studies in Physics: in physics and biophysics. In 2017 the Faculty obtained UE POWER Funds to run an interdisciplinary Ph.D. Studies Physical, Chemical and Biophysical Foundations for Modern Technologies and Material Engineering. The Faculty offers also a three semester Post-diploma (part-time) Study for Teachers. The stud- ies are intended for primary and secondary school teachers, who want to gain additional qualifications giving them right to teach: physics, mathematics, chemistry, computer science, natural sciences and technical education. 5

6 6 Physicists Doctors Honoris Causa of AGH University of Science and Technology PROF. MARIAN MIĘSOWICZ 1979 PROF. ANDRZEJ OLEŚ 1995 PROF. MICHAŁ HELLER 1996 PROF. ANDRZEJ Z. HRYNKIEWICZ 1999 PROF. MANUEL RICARDO IBARRA 2008 PROF. JURGEN M. HÖNIG 2010 Physicist Honorary Consul of AGH University of Science and Technology PROF. ROLF-DIETER HEUER (GENERAL DIRECTOR OF CERN) 2009 Physicist AGH-UST Honorary Professor PROF. JERZY NIEWODNICZAŃSKI 2009 Long-term visitors : Hans-Rainer Trebin Universität Stuttgart (without ): Sankhayan Choudhury University of Calcutta (without ): Gerardo Goya - Universidad de Zaragoza : László T. Kóczy Budapest University of Technology and Economics : Walter Steurer - ETH Swiss Federal Institute of Technology : Rituparna Chaki University of Calcutta : Nabendu Chaki University of Calcutta

7 7 Awards in 2017 / Nagrody w 2017 r dr inż. Artur Surówka Minister Award for the Habilitation Thesis Nagroda MNiSW za rozprawę doktorską dr inż. Paweł Wójcik Zbigniew Engel Award Nagroda im. Zbigniewa Engela mgr inż. Beata Trzpil Diamenty AGH award for the best master thesis at AGH I miejsce Diamenty AGH supervisor opiekun dr inż. Paweł Hottowy mgr inż. Jan Leśnicki distinction in the competition for the best master thesis of the Polish Physical Society wyróżnienie w konkursie na najlepszą pracę magisterską Polskiego Towarzystwa Fizycznego supervisor opiekun prof. Bartłomiej Szafran

8 8 Departments, Groups and Leaders, Achievements in 2017 Katedry, Zespoły i ich kierownicy, Najważniejsze osiągnięcia w 2017 r. Department of Solid State Physics Katedra Fizyki Ciała Stałego Head dr hab. Wiesław Marek Woch, assistant professor Magnetic Bulk and Nanomaterials Group Zespół Materiałów Magnetycznych Litych i Nanomateriałów prof. dr hab. Kapusta Czesław, full professor dr. hab. Przewoźnik Janusz, assistant professor dr. inż. Rybicki Damian, assistant professor dr. inż. Michalik Jan, assistant professor dr inż. Fiejdasz Sylwia, research assistant mgr inż. Lemański Andrzej, teaching assistant Magnetic, electrical and structural research group Zespół Badań Strukturalnych, Magnetycznych i Aplikacyjnych dr hab. Łukasz Gondek, assistant professor dr Joanna Czub, assistant professor Superconducting and Magnetic Materials Group Zespół Materiałów Nadprzewodzących i Magnetycznych prof. dr hab. inż. Tarnawski Zbigniew, professor prof. dr hab. inż. Kąkol Zbigniew, full professor

9 9 prof. dr hab. inż. Kozłowski Andrzej, professor dr inż. Chmist Janusz, assistant professor dr inż. Tokarz Waldemar, assistant professor dr inż. Tabiś Wojciech, assistant professor dr Zalecki Ryszard, assistant professor dr inż. Kowalik Marcin, research assistant dr inż. Maciej Chrobak, research assistant dr inż. Janusz Niewolski, teaching assistant Surface Nanostructures Group Zespół Nanostruktur Powierzchniowych prof. dr hab. Józef Korecki, full professor/assistant professor prof. dr hab. Tomasz Stobiecki, assistant professor dr hab. Tomasz Ślęzak, assistant professor dr inż. Michał Ślęzak, assistant professor dr inż. Ewa Młyńczak, research assistant dr inż. Krzysztof Matlak, research assistant dr inż. Anna Kozioł-Rachwał, assistant professor prof. dr hab. inż. Przybylski Marek, full professor Supporting Staff mgr Dziok Agnieszka mgr Pilipowicz Aleksander mgr inż. Musiał Wacław mgr Rulewicz Karol Bąkowski Mariusz

10 10 Profile Scientific activity of the Department concentrates on the studies of structural, magnetic and electronic properties in the nano- and sub-nanometric thin films, metal-oxide nanostructures and multilayers for magnetic and catalytic applications, intermetallics and their hydrides, novel materials and systems for hydrogen storage and their in-situ investigation with neutron scattering, in superconductors, including the HTc ones, in magnetic oxides, including magnetite and the colossal - and low field magnetoresistive ones, in topological insulators, in nanoparticle magnetic materials for MRI contrast and magnetic hyperthermia, in shape memory materials, in molecular magnets as well as in disordered metallic materials. Działalność naukowa Katedry koncentruje się na badaniach własności i zjawisk strukturalnych, magnetycznych i elektronowych w nano- i sub-nanometrowych cienkich warstwach, nanostrukturach metal-tlenek i wielowarstwach do zastosowań magnetycznych i katalitycznych, w związkach międzymetalicznych i ich wodorkach, w nowoczesnych materiałach i układach do magazynowania wodoru i badaniu ich właściwości metodą dyfrakcji neutronów in-situ, w nadprzewodnikach, w tym wysokotemperaturowych, w tlenkach magnetycznych, w tym wykazujących kolosalny i niskopolowy magnetoopór oraz w magnetycie, w izolatorach topologicznych, w materiałach nanocząstkowych na środki kontrastowe do MRI i do hipertermii magnetycznej, w materiałach z pamięcią kształtu, w magnetykach molekularnych oraz w nieuporządkowanych materiałach metalicznych. The experimental facilities of the Department include: 1. MBE set-up for preparation and analysis of thin films and nanostructures, equipped with LEED, AES, MOKE and CEMS with UHV sample transfer possibility. 2. ARUPS-XPS spectrometer. 3. Scanning tunneling microscope, K temperature range. 4. VSM, AC susceptometer, ESR spectrometer, set-up for magnetoresistance measurements with closed circle refrigerator and calorimeter for specific heat measurements in K range. 5. X-ray diffractometers (Siemens D5000 and Panalytical Empyrean) with temperature controll within K and K range. 6. Physical Property Measurement System (Quantum Design model, closed circle liquifier) equipped with 9 Tesla magnet, K (VSM: K) temperature range, options: DC susceptibility, magnetisation, torque magnetometry, AC susceptibility, resistance/magnetoresistance, thermal expansion & magnetostriction, thermal transport & thermoelectric properties, specific heat.

11 7. Mössbauer spectrometers (4), transmission & CEMS, for 6 isotopes, K temperature range. 8. NMR spectrometers for proton resonance (15 MHz, 17 MHz) and for magnetic materials, MHz, closed circle refrigerator, K. 9. Setaram PCT-PRO automatic sorption analyser (H, He, N, hydrocarbon-gases) operating in pressures up to 200 bar and temperatures from 77 K up to 650 K. 10. Fritsch Pulverisette 7 Premium line high-energy planetary mills (2) with equipment for milling in reactive or inert atmosphere or in suspensions. 11 Achievements Osiągnięcia Magnetic Bulk- and Nanomaterials Group Zespół Materiałów Magnetycznych Litych i Nanomateriałów From NMR on (Sm-Sr)MnO 3 the nature of metal-insulator transition and colossal magnetoresistance was revealed as a dynamic process of transition of ferromagnetic clusters to the paramagnetic state with magnetic ordering of the clusters in the applied field. In the EXAFS study of materials for fuel cells, (Zr,Y,Mn)O 2 the appearance of O vacancies in the 1st coordination shell was found. For granular composite thin films of Fe-Co-Zr- O with CaF 2 a considerable enhancement of the perpendicular magnetic anisotropy in result of oxidation and ion irradiation was observed. In the study of Ni-Mn-Sn shape memory material a transformation from ferromagnetic austenite to the 4O martensite phase was observed and the range of their coexistence was determined. Silver nanostructures (up to 75% Ag) were successfully obtained with focused ion beam deposition, FEBID. In the study of polymer composites a considerable increase of the thermal conduction coefficient was obtained for a filler of silica particles with Si 3 N 4 shells and for a graphene filler. Z pomiarów NMR (Sm-Sr)MnO 3 określono naturę przejścia metal-izolator i zjawiska kolosalnego magnetooporu jako dynamiczny proces przechodzenia ferromagnetycznych metalicznych klastrów do stanu paramagnetycznego, z porządkowaniem magnetycznym tych klastrów w przyłożonym polu. W badaniach EXAFS materiałów na ogniwa paliwowe, (Zr,Y,Mn)O 2 stwierdzono występowanie wakansji tlenowych w pierwszej strefie koordynacyjnej Mn. Dla granularnych cienkich warstwach kompozytowych Fe-Co-Zr- O z CaF 2 stwierdzono znaczne wzmocnienie prostopadłej anizotropii magnetycznej w wyniku utlenienia i napromieniowania wiązką jonową. W badaniach materiału Ni-Mn-Sn z pamięcią kształtu zaobserwowano transformację z ferromagnetycznego austenitu do fazy 4O martenzytu i określono zakres współistnienia tych faz. Otrzymano nanostruktury srebra (do 75% Ag) metodą depozycji indukowanej zogniskowaną wiązką elektronową, FEBID. W badaniach kompozytów polimerowych uzyskano znaczny wzrost przewod-

12 12 nictwa cieplnego dla napełniacza o ziarnach krzemionkowych z otoczką Si 3 N 4 oraz dla napełniacza grafenowego. Magnetic, electrical and structural research group Zespół Badań Strukturalnych, Magnetycznych i Aplikacyjnych It was evidenced that glassy quasicrystalline state in Ti 45 x V x Zr 38 Ni 17 deuterided alloys is an intrinsic property of the serie. Moreover, the ability to forming the glassy quasicrystals in deuterides is connected to possibility of establishing the quasicrystalline state in raw alloys. Wykazano, że w deuterkach stopów o składzie Ti 45 x V x Zr 38 Ni 17 pojawią się możliwość uformowania się fazy szklistych kwazikrytszałów. Ta cecha badanych materiałów wykazywana jest przez stopy, które w postaci nienawodorowanej mogą transformować się do fazy kwazikrystalicznej.

13 13 Superconducting and Magnetic Materials Group Zespół Materiałów Nadprzewodzących i Magnetycznych Charge density waves (CDW) were observed for the first time in single crystal of HgBa 2 CuO 4+δ with synchrotron RXS and XRD methods. It was shown that CDW are not present above optimum doping and are limited to CuO 2. The superconductivity of thin films of YBa 2 Cu 3 O δ obtained by laser ablation, as well as magnetoresistivity od cubic phase of U P t showing superconductivity below 1.1K were investigated. The first principle calculation of hyperfine parameters for low temperature phase of magnetite were performed and agreement with Mossbauer experiment was achieved Zaobserwowano synchrotronowymi metodami RXS i XRD, po raz pierwszy, fale gęstości ładunku (CDW) w monokrystalicznych próbkach HgBa 2 CuO 4+δ. Pokazano, że, podobnie jak dla innych miedziowych WTN, CDW nie występują powyżej optymalnego domieszkowania, oraz że CDW ograniczone są do płaszczyzn CuO 2. Badano nadprzewodnictwo cienkich warstw YBa 2 Cu 3 O δ otrzymanych metoda ablacji laserowej oraz magnetoopór kubicznej fazy układu U P t wykazującej nadprzewodnictwo poniżej temperatury 1, 1K. Prowadzono obliczenia z pierwszych zasad parametrów nadsubtelnych w niskotemperaturowej fazie magnetytu i uzyskano ich zgodność z eksperymentem mössbauerowskim. Surface Nanostructures Group Zespół Nanostruktur Powierzchniowych The first stage of commissioning of the PEEM/XAS beamline at the National Synchrotron Radiation Center Solaris has been successfully accomplished and the beamline is ready to accept proposals and user in the framework of Central European Research Infrastructure CERIC-ERIC Zakończono z sukcesem pierwszy etap uruchamiania linii eksperymentalnej PE- EM/XAS w Narodowym Centrum Promieniowania Synchrotronowego Solaris. Linia jest gotowa na przyjęcie użytkowników ramach Konsorcjum CERIC-ERIC. Activity Działalność organizacyjna J. Czub Member of the Małopolska Regional Committee of the Physics Competition Członek Małopolskiego Okręgowego Komitetu Olimpiady Fizycznej

14 14 Ł. Gondek Member of the Scientific Selection Panel of Helmholtz-Zentrum Berlin Member of the Advisory Board of AGH-UST International Courses Database Członek panelu naukowego Instytutu Helmholtza w Berlinie Członek Rady Programowej Uczelnianej Bazy Przedmiotów w Językach Obcych A. Paja Member of the General Control Committee of the Polish Physical Society Member of the Control Committee of the Polish Hydrogen and Fuel Cell Association Członek Głównej Komisji Rewizyjnej Polskiego Towarzystwa Fizycznego Członek Komisji Rewizyjnej Polskiego Stowarzyszenia Wodoru i Ogniw Paliwowych J. Korecki Chairman of the Ethics Commission at UST Member of Scientific Council of Academic Centre for Materials and Nanotechnology AGH, Kraków Member of Scientific Council of Jerzy Haber Institute of Catalysis and Surface Chemistry, Polish Academy of Sciences, Kraków. Member of Polish Synchrotron Consortium Council. Przewodniczący Komisji Etyki AGH Członek Rady Naukowej Akademickiego Centrum Materiałów i Nanotechnologii AGH Członek Rady Naukowej Instytutu Katalizy i Fizykochemii Powierzchni i. Jerzego Habera PAN w Krakówie Członek Rady Krajowego Konsorcjum Polski synchrotron Member of the Scientific Advisory Committee of the National Synchrotron Radiation Centre Solaris

15 15 M. Przybylski Member of Scientific Advisory Committees of the European Schools on Magnetism, Member of International Advisory Committee of the Centre for Advanced Materials and Technologies PROMATECH, Kosice, Słowacja, Member of Committee on Material Science of Polish Academy of Sciences, Member of Scientific Board of Polish Synchrotron Consortium (SOLARIS, Kraków), Member of Commission for Strategy and Development of InnoTechKrak Member of Senate of AGH University of Science and Technology, Member of Scientific Council of Institute of Metallurgy and Material Engineering of Polish Academy of Sciences in Kraków, członek Scientific Advisory Committees of the European Schools on Magnetism, członek International Advisory Committee of the Centre for Advanced Materials and Technologies PROMATECH, Kosice, Słowacja, członek Komitetu Nauki o Materiałach Polskiej Akademii Nauk, członek Rady Naukowej Konsorcjum Polski Synchrotron, Kraków, członek Komisji ds. Strategii i Rozwoju Związku Uczelni AGH-UR-PK InnoTech- Krak, członek Senatu AGH, członek Rady Naukowej Instytutu Metalurgii i Inżynierii Materiałowej Polskiej Akademii Nauk w Krakówie,

16 16 Department of Medical Physics and Biophysics Katedra Fizyki Medycznej i Biofizyki Head dr hab. inż. Joanna Chwiej, assistant professor BIOMEDICAL AND ENVIRONMENTAL RESEARCH GROUP ZESPÓŁ BADAŃ BIOMEDYCZNYCH I ŚRODOWISKOWYCH prof. dr hab. inż. Marek Lankosz, full professor dr hab. inż. Zdzisław Stęgowski, assistant professor dr hab. inż. Magdalena Szczerbowska-Boruchowska, associate professor dr hab. inż. Dariusz Węgrzynek, associate professor dr inż. Joanna Dudała, assistant professor dr inż. Leszek Furman, assistant professor dr inż. Lucyna Samek, assistant professor dr inż. Aleksandra Wandzilak,teaching assistant dr Beata Ostachowicz, teaching assistant dr inż. Mateusz Czyżycki, teaching assistant dr inż. Paweł Wróbel, teaching assistant dr inż Artur Surówka, teaching assistant mgr Antoni Ostrowski MOLECULAR BIOPHYSICS AND BIOENERGETICS GROUP ZESPÓŁ BIOFIZYKI MOLEKULARNEJ I BIOENERGETYKI prof. dr hab. Kvĕtoslava Burda, full professor dr Joanna Fiedor, assistant professor dr Aleksandra Orzechowska, assistant professor dr hab. Reanata Szymańska, assistant professor

17 17 BIOMEDICAL IMAGING AND MODELLING GROUP ZESPÓŁ OBRAZOWANIA I MODELOWANIA dr hab. Zenon Matuszak, assistant professor dr hab. inż. Joanna Chwiej, assistant professor dr hab. inż. Jakub Cieślak, assistant professor dr inż. Aleksandra Jung, assistant professor dr inż. Katarzyna Matusiak, assistant professor dr inż. Krzysztof Kłodowski, teaching assistant dr Krzysztof Turek, assistant professor (till , retired) MÖSSBAUER SPECTROSCOPY GROUP ZESPÓŁ SPEKTROSKOPII MÖSSBAUEROWSKIEJ prof. dr hab. Stanisław Dubiel, full professor

18 18 Profile The Department of Medical Physics and Biophysics consists of four research groups. The research activities of Biomedical Imaging and Modeling Group cover the subjects of Magnetic Resonance Imaging and optical imaging, modeling of physiological processes, nuclear medicine imaging and dosimetry in diagnostics and therapy with the application of radioactive elements, the toxicity of selected nanoparticles and application of advanced spectroscopic methods in biomedical research. The research at Biomedical and Environmental Research Group relates mainly to the investigation of the role of biomodulators in the biochemical mechanism of the pathogenesis and progress of cancers and neurodegeneration. Molecular Biophysics and Bioenergetics Group s research is focused on: photosynthetic electron transport and oxygen evolution, organization and physical/chemical properties of native and model dye-protein-lipid systems, topography, elasticity and adhesion of normal and pathological cells as well as chemical properties of functionalized carbon nanotubes. The research interests of Mossbauer Spectroscopy Group include bio-farmaceutico-medical physics. The main object of the research conducted at the Laboratory of Mössbauer Spectroscopy are various physical properties of technologically important alloys and compounds. Additional interests include use of the Mössbauer Spectroscopy in the investigation of Fe-containing samples of organic or/and pharmaceutical origin or application (like ferritin, antianemic medicaments etc). Katedra Fizyki Medycznej i Biofizyki składa się z czterech zespołów badawczych. Działalność naukowa Zespołu Obrazowania i Modelowania obejmuje tematykę obrazowania magnetyczno-rezonansowego i optycznego, modelowania procesów fizjologicznych, obrazowania oraz dozymetrii w diagnostyce i terapii z wykorzystaniem izotopów promieniotwórczych w medycynie nuklearnej, toksyczności wybranych nanocząstek oraz wykorzystanie zaawansowanych metod spektroskopowych w badaniach biomedycznych. Badania naukowe prowadzone w Zespole Badań Biomedycznych i Środowiskowych dotyczą głównie wyjaśnienia roli biomodulatorów w mechanizmach biochemicznych patogenezy nowotworów i chorób neurodegeneracyjnych. Zespół Biofizyki Molekularnej i Bioenergetyki zajmuje się badaniem: fotosyntetycznego transportu elektronów i wydzielania tlenu; organizacji i własności fizyko-chemicznych natywnych i modelowych układów barwnikowobiałkowo-lipidowych; topografii, elastyczności i adhezji zdrowych i patologicznych komórek oraz chemicznych własności funkcjonalizowanych nanorurek węglowych. Zainteresowania naukowe Zespołu Spektroskopii Moessbauerowskiej koncentrują się na fizyce ciała stałego oraz fizyce bio-farmako-medycznej. Główna tematyka naukowa dotyczy badania różnych własności fizycznych stopów i związków technologicznie ważnych. Ponadto zainteresowania naukowe obejmują wykorzystanie spektroskopii moessbauerowskiej w badaniach postaci i własności żelaza, znajdującego się w próbkach organicznych (np. ferrytyna), a także w materiałach farmakologicznych (lekach) i innych materiałach o zastosowaniach medycznych.

19 19 BIOMEDICAL AND ENVIRONMENTAL RESEARCH GROUP ZESPÓŁ BADAŃ BIOMEDYCZNYCH I ŚRODOWISKOWYCH The research at the Biomedical and Environmental Research Group relates to the development and application of analytical methods based on X-ray and infrared spectroscopy. The main topics of interest are biomedical research, environmental science, and protection of cultural heritage. Of particular importance is the investigation of the role of elements and biomolecules in the biochemical mechanisms of the pathogenesis and progress of ovarian cancers and neuromuscular disorders. The elemental and molecular chemical micro imagings are performed with the use of the techniques based on synchrotron radiation, e.g. synchrotron radiation X-ray fluorescence (SRXRF), X-ray absorption near edge structure (XANES) spectroscopy and Fourier transform infrared micro spectroscopy (FTIR). Moreover, the research aimed at investigating the impact of structural properties of thin brain tissue sections on quantitative elemental distributions recorded by the synchrotron X-ray fluorescence microprobe. The correction methods, based on the intensity of the incoherently scattered X-rays, transmission signal and phase shift of the fully coherent, monoenergetic X-ray beam, were developed to account for structural variability of thin tissue slices. The investigations in environmental science are connected with the influence of air pollution, especially particulate matter on urban and rural environments. The laboratory is equipped with state-of-art facilities including X-ray fluorescence and infrared confocal microscopes, multifunctional X-ray fluorescence spectrometer for localized and bulk elemental ultra trace analysis. Projekty badawcze realizowane w Zespole Badań Biomedycznych i Środowiskowych dotyczą opracowania i zastosowania metod pomiarowych opartych na promieniowaniu X oraz spektroskopii w podczerwieni. Główne kierunki zainteresowań obejmują badania biomedyczne, środowiskowe jak również ochronę dziedzictwa kulturowego. Szczególnie ważne jest wyjaśnienie roli pierwiastków i biomolekuł w procesach biochemicznych wzrostu nowotworów jajników oraz chorobach nerwowo mięśniowych. Do obrazowania rozkładu pierwiastków i biomolekuł w tkankach na poziomie komórkowym stosowane są techniki oparte na promieniowaniu synchrotronowym tzn. synchrotronowa rentgenowska analiza fluorescencyjna (SRXRF), absorpcja promieniowania X w pobliżu progu absorpcji (XANES), oraz mikro-spektroskopia promieniowania podczerwonego z zastosowaniem transformacji Fouriera (FTIR). Ponadto, badano wpływ własności strukturalnych tkanki ośrodkowego układu nerwowego człowieka na ilościowe obrazy rozkładu pierwiastków z wykorzystaniem techniki synchrotronowej rentgenowskiej mikroanalizy fluorescencyjnej. Pracowano nad implementacją metod korekty efektów związanych ze zróżnicowaniem strukturalnym tkanki bazując zarówno na metodach wykorzystujących promieniowanie rentgenowskie rozproszone niekoherentnie, sygnał transmisyjny, jak również przesunięcie w fazie koherentnej monoenergetycznej wiązki promieniowania X. Tematyka naukowa w zakresie ochrony środowiska dotyczy badania wpływu zanieczyszczeń pyłowych powietrza na degradację środowiska miejskiego i wiejskiego.

20 20. Laboratorium jest wyposażone w wysoko specjalistyczną unikatową aparaturę w tym mikroskopy konfokalne promieniowania X i promieniowania podczerwonego, wielozadaniowy rentgenowski spektrometr fluorescencyjny do mikro/makro analiz ultra śladowych stężeń pierwiastków. MOLECULAR BIOPHYSICS AND BIOENERGETICS GROUP ZESPÓŁ BIOFIZYKI MOLEKULARNEJ I BIOENERGETYKI Our research is focused on: electron and energy transport in photosystems of type II; role of non-heme iron on the activity of the acceptor side of type II photosystems; influence of cytochrome b559 on the activity of photosystem II; mechanism of oxygen evolution in photosynthesis; influence of heavy metals and selected nanoparticles on photosynthetic activity in algae and higher plants, studies in vitro and in vivo; toxicity of the antifouling paints to algae antioxidant and non-antioxidant properties of vitamin E complex physiological response of plants under abiotic stress conditions structure, organization and physical/chemical properties of native and model dye-protein-lipid systems; Badania zespołu dotyczą: transportu elektronów i energii w obrębie fotosystemów typu II; wpływu żelaza niehemowego na aktywność strony akceptorowej fotosystemów typu II; wpływu cytochromu b559 na aktywność fotosystemu II; mechanizmu wydzielania tlenu w procesie fotosyntezy; wpływu metali ciężkich, wybranych nanocząstek oraz powłok antyfoulingowych na aktywność fotosyntetyczną glonów i roślin wyższych, badania in vitro i in vivo; antyoksydacyjnych i nie-antyoksydacyjnych właściwości witaminy E wpływu stresu abiotycznego na rośliny struktury, organizacji i własności fizykochemicznych natywnych i modelowych układów barwnikowo-białkowolipidowych; funkcji strukturalnych i ochronnego działania karotenoidów w natywnych i modelowych kompleksach fotosyntetycznych;

21 21 protective and structural functions of carotenoids in native and model photosynthetic complexes; qualitative analysis of elements and relationships between them within cells and phototrophic membranes of photosynthetic bacteria grown either anaerobically or aerobically; optimization of measurement conditions for detection of infrared radiation in photosynthetic systems; physical properties - topography, elasticity, adhesion forces - of normal and pathological cells and their organelles, and determination of the influence of selected stimuli on these properties in both cell types; mechanical properties of biopolymers and their influence on cell vital functions such as migration, proliferation and adhesion; influence of ionization radiation and metal ions on membrane stability of human erythrocytes; physical and chemical characterization of carbon nanotubes. Applied experimental methods: absorption and fluorescence spectroscopy, fluorescence with double modulation, thermoluminescence, fast polarography, atomic force microscopy (AFM), Mössbauer spectroscopy, vertical and horizontal electrophoresis systems ilościowej analizy składu pierwiastkowego i korelacji pomiędzy poszczególnymi elementami w obrębie komórek i błon fototroficznych bakterii fotosyntetycznych hodowanych w warunkach aerobowych i anaerobowych; optymalizacja warunków pomiarowych emisji promieniowania podczerwonego w układach fotosyntetycznych w pomiarach wpływu stresu wodnego/ stresu osmotycznego na aktywność fotosyntetyczną roślin wyższych; wpływu wybranych czynników na własności fizyczne topografie, elastyczność i siły adhezji - niezmienionych i patologicznych komórek; analizy wpływu własności mechanicznych biopolimerów na funkcje życiowe komórek, m.in. migrację, proliferację i adhezję; wpływu promieniowania jonizującego i jonów metali na stabilność błon erytrocytów; charakterystyki fizycznych i chemicznych własności nanorurek węglowych. Stosowane metody badawcze: spektroskopia absorpcyjna i fluorescencyjna, fluorescencja o podwójnej modulacji, termoluminescencja, szybka polarografia, mikroskopia sił atomowych (AFM), spektroskopia mössbauerowska, aparat do elektroforezy pionowej i poziomej.

22 22 BIOMEDICAL IMAGING AND MODELLING GROUP ZESPÓŁ OBRAZOWANIA I MODELOWANIA The research activities of Biomedical Imaging and Modeling Group cover, as previously mentioned, Magnetic Resonance Imaging based on Nuclear Magnetic Resonance including diffusion weighted, diffusion tensor imaging, optical imaging, photodynamic therapy, modeling of physiological processes, nuclear medicine imaging and dosimetry in diagnostics and therapy with application of radioactive elements, application of advanced spectroscopic methods in biomedical research (UV-VIS- IR, EPR, Mössbauer spectroscopy) and some issues from solid state physics (High Entropy Alloys). Działalność naukowa Zespołu Obrazowania i Modelowania obejmuje jak poprzednio tematykę obrazowania magnetycznorezonansowego opartego o zjawisko magnetycznego rezonansu jądrowego ze szczególnym uwzględnieniem obrazowania dyfuzyjnego oraz obrazowania tensora dyfuzji, obrazowania optycznego, terapii fotodynamicznej,modelowania procesów fizjologicznych, obrazowania oraz dozymetrii w diagnostyce i terapii z wykorzystaniem izotopów promieniotwórczych w medycynie nuklearnej, wykorzystanie zaawansowanych metod spektroskopowych (UV-VIS-IR, EPR i spektroskopia Mössbauera) w badaniach biomedycznych oraz wybraną problematykę z zakresu fizyki ciała stałego (stopy wysokoentropowe). MÖSSBAUER SPECTROSCOPY GROUP ZESPÓŁ SPEKTROSKOPII MÖSSBAUEROWSKIEJ Our research activities in 2017 were focused on experimental investigations of (a) magnetic and dynamic properties of selected Frank-Kasper phases (sigma and lambda), and (b) microscopic phenomena in Fe- Cr alloys related to their macroscopic properties. Concerning (a) studies were realized by means of various experimental techniques including Mössbauer Spectroscopy (MS), DC and AC magnetic susceptibility measurements and inelastic synchrotron radiation. Regarding (b) MS in transmission and CEMS modes were used to study the phase decomposition kinetics, Cr solubility limit in Fe matrix, short-range ordering in Fe-ion irradiated α- and σ-phase Fe-Cr alloys. Zadania realizowane w 2017 roku dotyczyły badań: (a) własności magnetycznych i dynamiki sieciowej międzymetalicznych związków należących do rodziny faz Franka-Kaspera (sigma i lambda) przy pomocy następujących technik eksperymentalnych: spektroskopii mössbauerowskiej (MS), stałoi zmiennoprądowych podatności magnetycznych oraz promieniowania synchrotronowego, (b) mikroskopowych zjawisk w stopach Fe-Cr odpowiedzialnych za własności makroskopowe tych stopów. Stosując spektroskopię mössbauerowską w wersji transmisyjnej i CEMS badano w przypadku (b) takie zjawiska jak: kinetykę rozpadu fazowego, granicę rozpuszczalności Cr w żelazie, uporządkowanie bliskiego zasięgu. Badaniu poddano także stopy Fe-Cr w fazie α oraz σ napromieniowane jonami Fe.

23 23 Achievements Osiągnięcia BIOMEDICAL AND ENVIRONMENTAL RESEARCH GROUP ZESPÓŁ BADAŃ BIOMEDYCZNYCH I ŚRODOWISKOWYCH The discovery of the link between certain trace metals and their role in the growth of brain and ovarian cancers cells which could help to redefine the way for identification of tumors, allowing for earlier diagnosis and better therapy. The discovery of the link between certain biomolecules and their role in the degeneration of muscle fibers in myopathy and dystrophy. Study of PM1 and PM2.5 fraction of particulate matter. Determination of seasonal variations of elemental concentrations and contribution of sources. Receptor modelling by positive matrix factorization. Identification of different type of ovarian cancers with the use of Positive Matrix Factorization (PMF) statistical method. The correction scheme that accounts for the mass thickness effect was created and its performance was shown for the quantitative elemental micro-imaging of brain tissue by the synchrotron X-ray microprobe, full-field synchrotron X-ray phase contrast imaging and scanning transmission X-ray microscopy. Molecular changes induced by densecore β ameloid deposits were identified in-situ in the early-stage animal model of Alzheimer disease. Odkrycie powiązania pomiędzy specyficznymi metalami śladowymi i ich rolą w lepszej identyfikacji typu nowotworów mózgu i jajników na potrzeby diagnozy i terapii nowotworów. Odkrycie powiązania pomiędzy specyficznymi biomolekułami i ich rolą w degeneracji włókien mięśni spowodowanych miopatią i dystrofią Badanie frakcji PM1 i PM2.5 zanieczyszczeń pyłowych powietrza. Określenie zmienności sezonowej pierwiastków i źródeł ich pochodzenia. Modelowanie źródeł metodą positive matrix factorization (PMF). Różnicowanie typu nowotworu jajnika z zastosowaniem metod statystycznych Positive Matrix Factorization (PMF). Opracowano i wykazano skuteczność metod korekty efektów masy powierzchniowej dla ilościowego obrazowania składu pierwiastkowego cienkich skrawków tkanki mózgu, wykorzystując technikę synchrotronowej mikroanalizy fluorescencyjnej, kontrastu fazowego jak również skaningowej mikroskopii transmisyjnej dla obrazowania własności strukturalnych tkanki ośrodkowego układu nerwowego. Określono zmiany biochemiczne zachodzące wokół złogów β-amyloidu w zwierzęcym modelu wczesnego stadium choroby Alzheimera.

24 24 The influence of transcranial direct current stimulation (tdcs) on elemental composition of brain structures in obese rats were determined. Application of the total reflection X-ray fluorescence method for analysis of the medical and environmental samples. A new algorithm for correction of the inter-layer absorption effects in X-ray fluorescence imaging of paintings was developed. A new quantification scheme for X-ray fluorescence imaging of biological samples. The new spectrometer Nanohunter II was installed. The sample preparation process was tested and optimized. Elemental analysis of the fat, serum and cancer was performed. Methods for the classification of the benign and malignant adrenal gland tumors on the base of IR spectroscopic data. Application of NNMF for tissue images segmentation based on elemental X-ray intensities. Określono zmiany składu pierwiastkowego w strukturach mózgu otyłych szczurów pod wpływem przezczaszkowej bezpośredniej stymulacji mózgu (tdcs). Wykorzystanie metody całkowitego odbicia promieniowania X do badaniu składu pierwiastkowego próbek pochodzenia środowiskowego i medycznego. Opracowano nowy algorytm korekty między warstwowych efektów absorpcyjnych występujących przy rentgenowskim obrazowaniu fluorescencyjnym dzieł malarskich. Opracowano nową metodę ilościowego obrazowania próbek biologicznych za pomocą rentgenowskiej mikroskopii fluorescencyjnej. Instalacja nowego spektrometru Nanohunter II. Sprawdzenie poprawności działania i optymalizacja procesu przygotowania próbek. Wykonanie analiz próbek pochodzenia biologicznego tłuszczu, osocza, oraz próbek nowotworów. Zastosowanie metod statystycznych do klasyfikacji łagodnych i złośliwych guzów nadnerczy na podstawie danych pomiarowych uzyskanych metodą spektroskopii w podczerwieni. Zastosowanie metody NNMF do segmentacji obrazów tkanki na postawie rozkładów pierwiastków uzyskanych z badań XRF.

25 25 Comparison of differentiation results of separate pathological states of adrenal tissue samples prepared with two methods: first - non-fixed and unstained samples, the second - samples cut from paraffin blocks and then deparafinized. It has been demonstrated that non-fixed and unstained samples are better suited for differentiating of the pathological adrenal cortex types. Highlighting a putative link between biochemical response to obesity treatment by transcranial direct current brain stimulation (tdcs), major dopamine and setrotonin neurometabolites and trace metals. Demonstrating a relationship between position and molecular changes in close proximity of AB plaques in the animal model of Alzheimer disease. Development and upgrade of a procedure for combined molecular and elemental tissue micro-imaging. Further development of the data quantification scheme for the elemental analysis by X-ray fluorescence micro-analysis. Porównano wyniki różnicowania różnych stanów patologicznych próbek nadnerczy przygotowanych dwoma metodami: pierwsza próbki nieutrwalone i niewybarwione, druga próbki cięte z bloczków parafinowych a następnie poddane procesowi deparafinizacji. Wykazano, że do różnicowania poszczególnych typów zmian w obrębie kory nadnerczy lepiej nadają się próbki nieutrwalone i niewybarwione. Określenie związku pomiędzy odpowiedzią biochemiczną mózgu na nowatorską terapię otyłości za pomocą przezczaszkowej bezpośredniej stymulacji mózgu, poziomem neurometabolitów dopaminy i serotoniny, jak również poziomem wybranych pierwiastków śladowych. Określenie związku pomiędzy położeniem a intensywnościa zmian biochemciznych w bezpośrednim sąsiedztwie złogów beta amyloudu w chorobie Alzheimera. Rozwój i udoskonalenie procedury na potrzeby obrazowania pierwiastkowomolekularnego cienkich skrawków tkanek. Dalszy rozwój schematów analizy ilościowej tjkanek z wykorzystaniem rentgenowskiej mikro-analizy fluorescencyjnej.

26 26 MOLECULAR BIOPHYSICS AND BIOENERGETICS GROUP ZESPÓŁ BIOFIZYKI MOLEKULARNEJ I BIOENERGETYKI Stimulatory and inhibitory action of nanoparticles TiO 2 (IV) on isolated photosystem II shows oscillatory dependence on increasing concentrations of TiO 2. Heterogeneous character of photosynthetic oxygen evolution is proved; depletion of external proteins modifies the action of both channels of O 2 evolution; the slow and fast channels of O 2 evolution depend differently on various concentrations of TiO 2 nanoparticles. Optimization of extraction and detection method for prenyllipid analysis. Identification of novel prenyllipids in plant-derived materials. Very small doses of alpha radiation modify organization of erythrocyte membrane skeleton and but do not influence oxygen transport by hemoglobin. Temperature-dependent bifurcations of cooperative interactions in pure and enriched in polar and non-polar carotenoids DPPC liposomes were shown; polar carotenoids result in an increase of the adhesion forces within and between lipid bilayers. Qualitative analysis of phototrophycally grown bacteria Rhodobacter sphaeroides revealed the presence of microelements generally not considered to be basic in bacterial ionome. Quantitative inspection pointed out to Fe as the major trace element in the examined species grown either anaerobically or aerobically. Statistical analysis revealed unexpected relationships between the elements within cells and phototrophic membranes. Optimization of experimental conditions of IR measurements in photosynthetic systems. Optimization of experimental conditions of IR measurements for thermoactive filters with high SPF factor. Stymulacyjne i hamujące działanie nanocząstek TiO 2 (IV) na izolowany fotosystem II wykazują oscylacyjną zależność od rosnącego stężenia tlenku tytanu. Wykazano heterogeniczny charakter wydzielania tlenu w procesie fotosyntezy; usunięcie białek zewnętrznych modyfikuje działanie obu kanałów wydzielania O 2 ; wolny i szybki kanał wydzielania O 2 odmiennie reaguje na różne stężenia nanocząstek tlenku tytanu. Optymalizacja ekstrakcji i detekcji analizie prenyllipidów. Identyfikacja nowych prenyllipidów w materiale roślinnym. Bardzo małe dawki promieniowania alfa modyfikują organizacje szkieletu błonowego erytrocytów, ale nie wpływają na zdolność hemoglobiny do transportu tlenu. Wykazanie zależnych od temperatury bifurkacji kooperatywnych oddziaływań w czystych DPPC liposomach i wzbogaconych w polarne i niepolarne karotenoidy; polarne karotenoidy powodują wzrost sił adhezji wewnątrz i pomiędzy dwuwarstwami lipidowymi. Wykorzystując technikę TXRF przeprowadzono analizę pierwiastkową bakterii fototroficznych Rhodobacter sphaeroides. Stwierdzono, że (i) w próbkach bakterii hodowanych w warunkach anaerobowych występują mikroelementy nie wchodzące w skład podstawowego jonomu bakteryjnego; (ii) Fe jest głównym mikroelementem niezależnie od warunków hodowli; (iii) uzyskano informacje dotyczące korelacji pomiędzy pierwiastkami w obrębie komórek i błon fototroficznych. Optymalizacja warunków pomiarowych emisji promieniowania podczerwonego w układach fotosyntetycznych. Optymalizacja warunków pomiarowych emisji promieniowania podczerwonego dla termoaktywnych filtrów o wysokim faktorze SPF.

27 27 BIOMEDICAL IMAGING AND MODELLING GROUP ZESPÓŁ OBRAZOWANIA I MODELOWANIA The parameter sensitivity analysis (generation, intercompartmental clearance and total volume) of the twocompartment bilirubin kinetics model was performed and the current state of knowledge in extracorporeal liver support therapy investigations and related mathematical modelling of kinetic substances such as bilirubin, bile acids and urea were described. The research on environmental application of termoluminescent detectors (TLD) has been continued. The usefulness of using MCP-Ns thermoluminescent detectors in beta radiation fields measurements was evaluated. Detectors were used for practical measurements regarding the dose distribution assessment around the X-ray beam. Influence of external conditions (light, humidity) on the MCP-N detectors results were tested. The influence of different TLD preparation method on obtained results was verified. The regular study concerning the potential toxicities of selected nanoparticles in living organisms has been continued. Early and long-term elemental anomalies occurring in selected body organs as a result of animal exposition to the low doses of magnetic iron oxides nanoparticles were determined. Multimodal heart phantom has been used to standardize images derived from separable multimodalities as well as to test the correctness of fusion performed on hybrid cameras. In addition, for this developed and unique solution, patent was obtained (PL B1 z with the effect from ). Wykonano analizę wrażliwości parametrów (generacja, klirens międzykompartmentowy i objętość całkowita) 2- kompartmentowego modelu kinetyki bilirubiny oraz opisano aktualny stan wiedzy z zakresu badań klinicznych z wykorzystaniem pozaustrojowej terapii wątroby oraz modelowania matematycznego kinetyki substancji takich jak bilirubina, kwasy żółciowe i mocznik. Kontynuowano badania nad zastosowaniami środowiskowymi detektorów termoluminescencyjnych (TLD). Oceniono użyteczność stosowania cienkościennych detektorów termoluminescencyjnych typu MCP-Ns w pomiarach w polach promieniowania beta. Wykorzystano detektory do pomiarów praktycznych dotyczących oceny rozkładu dawki wokół wiązki promieniowania X. Testowano wpływ warunków zewnętrznych (światło, wilgotność) na wyniki uzyskane dla detektorów MCP-N. Zweryfikowano zależność uzyskiwanych wyników od sposobu przygotowania TLD. Kontynuowano regularne studia dotyczące potencjalnej toksyczności wybranych nanocząstek w żywych organizmach. Określono wczesne i długofalowe anomalia pierwiastkowe zachodzące w wybranych narządach na skutek ekspozycji zwierząt na niskie dawki magnetycznych nanocząstek tlenków żelaza. Multimodalny fantom serca został wykorzystany do standaryzacji obrazów pochodzących z rozdzielnych aparatów jak również do testowania poprawności fuzji wykonywanej na aparatach hybrydowych. Ponadto na opracowane i wykonane unikatowe rozwiązanie uzyskano patent (PL B1 z mocą z dnia ).

28 28 The previous studies of selected High Entropy Alloys have been continued, mainly in systems based on FeCroNi, prepared using various techniques. Various theoretical models of analysis of the electron structure calculation results of these materials have been developed. Investigations on the optimization of Photodynamic Therapy of Tumors (PDT) were continued. The experimental part of the study was focused on the study of the transport of light emitted by excited fluorophores in optically turbid media containing melanin. The experimental results were simulated using both Monte Carlo and analytical methods for solving Radiative Transport Equation (RTE). A good agreement between simulation and experimental results was obtained. Kontynuowano dotychczasowe badania wybranych Stopów Wysokiej Entropii, głównie w układach opartych o FeCroNi, przygotowywanych przy użyciu różnych technik. Od strony teoretycznej rozwijano różne modele analizy wyników obliczeń struktury elektronowej tych materiałów. Kontynuowano badania nad optymalizacją terapii fotodynamicznej nowotworów (PDT). Część doświadczalna badań była skupiona na analizie transportu światła fluorescencji emitowanego przez wzbudzone fotouczulacze w środowiskach optycznie nieprzezroczystych zawierających melaninę. Wyniki doświadczeń były modelowane z użyciem, metody Monte Carlo, oraz metod analitycznych rozwiązywania Równania Transportu Promieniowania (RTE). Uzyskano dobrą zgodność wyników symulacji doświadczeń.

29 29 MÖSSBAUER SPECTROSCOPY GROUP ZESPÓŁ SPEKTROSKOPII MÖSSBAUEROWSKIEJ Construction of the magnetic phase diagram in the H-T plane for the C14 Laves phase Nb Fe Discovery of a giant effect of magnetism on the sound velocity in a σ-fe 55 Cr 45 compound. Revealing anomalies in the lattice dynamics in a σ-fe 60 V 40 compound. Revealing a significant effect of strain on distribution of Cr atoms in a Fe-Cr alloy. Konstrukcja diagramu fazowego w płaszczyźnie H-T dla międzymetalicznego związku fazy Lavesa C14 Nb Fe Wykrycie gigantycznego wpływu magnetyzmu na prędkość fal dźwiękowych w międzymetalicznym związku σ-fe 55 Cr 45. Wykrycie anomalii w dynamice sieciowej w międzymetalicznym związku σ- Fe 60 V 40 Wykrycie znaczącego wpływu naprężenia na rozkład atomów Cr w stopie Fe-Cr. Activity Działalność organizacyjna M.Lankosz Member of X-Ray Spectrometry Advisory Board (since 2008) Member of Scientific Council of the Institute of Nuclear Chemistry and Technology (since 2002) Member of Scientific Council of the National Centre for Nuclear Research (since 2017) Member of Editorial Board of Nukleonika (since 2010) Chairmen of the International Conference on Development and Applications of Nuclear Technologies NUTECH-2017 Członek Komitetu Doradczego czasopisma X-Ray Spectrometry (od 2008) Członek Rady Naukowej Instytutu Chemii I Techniki Jądrowej (od 2002) Członek Rady Naukowej Narodowego Centrum Badań Jądrowych Członek Komitetu Redakcyjnego czasopisma Nukleonika (od 2010) Przewodniczący Międzynarodowej Konferencji Rozwój i Zastosowania Technologii Jądrowych NUTECH-2017

30 30 Member of the interdisciplinary committee for research infrastructure advancement under Polish Science and Technology Fund Representative of Faculty of Physics and Applied Computer Science AGH in the Consortium XFEL-Poland Expert IAEA Vienna Członek Zespołu interdyscyplinarnego do spraw Programu wspierania infrastruktury badawczej w ramach Funduszu Nauki i Technologii Polskiej Przedstawiciel Wydziału Fizyki i Informatyki Stosowanej AGH w Konsorcjum XFEL- Polska Ekspert MAEA w Wiedniu Z. Stęgowski Member of Scientific Committee of International Conference on Applications of Radiation Science and Technology (ICARST-2017), April, 2017 IAEA,Vienna, Austria Chairman of the electoral commission FP&ACS AGH UST A member of the University Enrolment Committee AGH Reviewer for the journals: International Journal of Chemical Reactor Engineering, Applied Radiation and Isotopes, and Nukleonika Członek Komitetu Naukowego International Conference on Applications of Radiation Science and Technology (ICARST-2017), April, 2017 IAEA,Vienna, Austria Przewodniczący okręgowej komisji wyborczej WFiIS - AGH Członek Uczelnianej Komisji Rekrutacyjnej AGH Recenzent w czasopismach: International Journal of Chemical Reactor Engineering, Applied Radiation and Isotopes, oraz Nukleonika M.Czyżycki Member of the European X-ray Spectrometry Association (since 2010) Reviewer for the journals: Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy, Applied Radiation and Isotopes and Nukleonika Członek Europejskiego Stowarzyszenia Spektrometrii Promieniowania Rentgenowskiego (EXSA) (od 2010) Recenzent w czasopismach: Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy, Applied Radiation and Isotopes oraz Nukleonika

31 31 J. Dudała Member of the Kraków Branch of the Polish Society of Medical Physics Member of the unit for teaching quality at the Faculty of Physics and Applied Computer Science, AGH Assistant Radiation Protection Supervisor at the Faculty of Physics and Applied Computer Science Radiation Protection Supervisor at the Academic Centre for Materials and Nanotechnology AGH Member of local organizing committee of International Conference NUTECH 2017 Członek Oddziału Krakowskiego Polskiego Towarzystwa Fizyki Medycznej Członek zespołu ds. Jakości Kształcenia na Wydziale Fizyki i Informatyki Stosowanej AGH Zastępca Wydziałowego Inspektora Ochrony Radiologicznej Inspektor Ochrony Radiologicznej w Akademickim Centrum Materiałów i Nanotechnologii AGH Członek lokalnego komitetu organizacyjnego Międzynarodowej Konferencji NUTECH 2017 L.Furman Supervisor of students trainings for Technical Physics and Applied Computer Science Member of local organizing committee of International Conference NUTECH 2017 Secretary of the International Society for Tracer and Radiation Applications (ISTRA) Vienna, Austria (from 2016) Reviewer for Flow Measurement and Instrumentation Pełnomocnik Dziekana ds. praktyk studenckich na kierunkach Fizyka Techniczna i Informatyka Stosowana Członek lokalnego komitetu organizacyjnego Międzynarodowej Konferencji NUTECH 2017 Sekretarz International Society for Tracer and Radiation Applications (ISTRA) Vienna, Austria (od 2016) Recenzent Flow Measurement and Instrumentation

32 32 L.Samek Member of Editorial Board of European Journal of Environmental Sciences (since 2012) A member of Enrolment Committee at the Faculty of Physics and Applied Computer Science, AGH Reviewer for X-ray Spectrometry, Analytica Chimica Acta, Science of the Total Environment, Aerosol and Air Quality Research Co-promotor of three master theses for ERA- SMUS students Member of organizing committee conference NUTECH-2017 Członek Komitetu Redakcyjnego czasopisma European Journal of Environmental Sciences (od 2012) Członek Wydziałowej Komisji Rekrutacyjnej na Wydziale Fizyki I Informatyki Stosowanej AGH Recenzent czasopism X-ray Spectrometry, Analytica Chimica Acta, Science of the Total Environment, Aerosol and Air Quality Research Co-promotor trzech prac magisterskich prowadzonych dla studentów ERASMUS Członek komitetu organizacyjnego konferencji NUTECH-2017 P. Wróbel Reviewer for the Microchemical Journal Consultant at the International Atomic Energy Agency Recenzent w Microchemical Journal Konsultant Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej A. Surówka External Referee for: Spectrochimica Acta Part A, Physical Chemistry Chemical Physics, Neurochemistry International, Chemical Communications, X-ray Spectrometry, International Journal of Experimental Spectroscopic Techniques Recenzent czasopism: Spectrochimica Acta Part A, Physical Chemistry Chemical Physics, Neurochemistry International, Chemical Communications, X-ray Spectrometry, International Journal of Experimental Spectroscopic Techniques

33 33 M. Szczerbowska-Boruchowska External Referee for Analytical Chemistry Recenzent czasopisma Analytical Chemistry B. Ostachowicz Supervisor of the BOZON Scientific Association of Technical Physics Students Opiekun Studenckiego Koła Naukowego Fizyki Technicznej BOZON K. Burda Head of Molecular Biophysics and Bioenergetics Group A member of Scientific Committee of the Faculty A member of Scientific Council at Multidisciplinary School of Engineering in Biomedicine, AGH University of Science and Technology (since 2009) Head of the BIONAN consortium (since 2008) Head of Doctoral Studies in Biophysics A member of Recall Committee of Privileges for PhD Students at the Faculty A member of Polish Physical Society A Treasurer of Polish Hemorheology and Microcirculation Society Kierownik Zespołu Biofizyki Molekularnej i Biofizyki Członek Wydziałowej Komisji d/s Nauki Członek Rady Programowej Międzywydziałowej Szkoły Inżynierii Biomedycznej AGH Akademii Górniczo-Hutniczej (od 2009) Kierownik konsorcjum BIONAN (od 2008) Kierownik Studiów Doktoranckich Biofizyki Członek Odwoławczej Komisji Dyscyplinarnej dla Doktorantów na Wydziale Fizyki i Informatyki Stosowanej AGH Członek Polskiego Towarzystwa Fizycznego Skarbnik Polskiego Towarzystwa Hemoreologii i Mikrokrążenia

34 34 Reviewer: Photosynthesis Research, PlosOne, Journal of Molecular Structure, Acta Physiologiae Plantarium, Biochimica et Biophysica Acta, Journal of Physical Chemistry, Radiation and Environmental Biophysics A member of GMO and GMM safety commission Recenzent: Photosynthesis Research, PlosOne, Journal of Molecular Structure, Acta Physiologiae Plantarium, Biochimica et Biophysica Acta, Journal of Physical Chemistry, Radiation and Environmental Biophysics Członek Komisji ds. Bezpieczeństwa GMO i GMM J. Fiedor Member of the Polish Hemorheology and Microcirculation Society Member of the International Carotenoid Society Reviewer in: Photochemical, Photobiological Sciences, and Indian Journal of Experimental Biology A Member of the Examination Board for Final Exam for Medical Physics Students A member of GMO and GMM safety commission Członek Polskiego Towarzystwa Hemoreologii i Mikrokrążenia Członek Międzynarodowego Towarzystwa Karotenoidowego Recenzent w: Photochemical, Photobiological Sciences, Indian Journal of Experimental Biology Członek Komisji d/s przeprowadzania egzaminu inżynierskiego dla studentów kierunku Fizyka Medyczna Członek Komisji ds. Bezpieczeństwa GMO i GMM A. Orzechowska Vice-Chairman of Enrolment Committee at the Faculty of Physics and Applied Computer Science AGH A member of GMO and GMM safety commission Zastępca Przewodniczącego Wydziałowej Komisji Rekrutacyjnej na Wydziale Fizyki I Informatyki Stosowanej AGH Członek Komisji ds. Bezpieczeństwa GMO i GMM

35 35 R.Szymańska A Member of International Society of Photosynthesis Research A Member of Polish Biochemical Society A member of Polish Botanical Society A member of Polish Copernicus Society of Naturalists Reviewer in Plant Physiology, Plant Physiology and Biochemistry, Environmental and Experimental Botany, Springer Plus, Molecular Biology Reports, Oxidative Medicine and Cellular Longevity, Journal of Plant Physiology Leader Guest Editor in an Annual Special Issue of Oxidative Medicine and Cellular Longevity entitled Plant-derived antioxidants in disease prevention A member of GMO and GMM safety commission Członek Międzynarodowego Towarzystwa Badań Fotosyntetycznych Członek Polskiego Towarzystwa Biochemicznego Członek Polskiego Towarzystwa Botanicznego Członek Polskiego Towarzystwa Przyrodników im. Kopernika Recenzent: Plant Physiology, Plant Physiology and Biochemistry, Environmental and Experimental Botany, Springer Plus, Molecular Biology Reports, Oxidative Medicine and Cellular Longevity, Journal of Plant Physiology Leader Guest Editor w specjalnym wydaniu czasopisma Oxidative Medicine and Cellular Longevity zatytułowanym Plant-derived antioxidants in disease prevention Członek Komisji ds. Bezpieczeństwa GMO i GMM

36 36 Z.Matuszak President of Cracow Branch of the Polish Biophysical Society Member of the Radiobiology and Radiation Hygiene Team, Committee of Medical Physics, Radiobiology and Imaging Diagnosis, Department V Medical Sciences, Polish Academy of Sciences Member of Polish Electron Magnetic Resonance Group (PG EMR) Member of the Faculty Election Committee Member of the Faculty Commission for Didactic Audit Reviewer for PLOS One, Pharmaceuticals Prezes Krakówskiego Oddziału Polskiego Towarzystwa Biofizycznego Członek Zespół ds. Radiobiologii i Higieny Radiacyjnej, Komitet Fizyki Medycznej, Radiobiologii i Diagnostyki Obrazowej, Wydział V Nauk Medycznych PAN Członek Polskiej Grupy Elektronowego Rezonansu Magnetycznego (PG EMR) Członek Wydziałowej Komisji Wyborczej, Członek Wydziałowej Komisji ds. Audytu Dydaktycznego Recenzent czasopisma: PLOS One, Pharmaceuticals J. Chwiej Head of the Department of Medical Physics and Biophysics Supervisor of the KERMA Scientific Association of Medical Physics Students Member of the Polish Society of Medical Physic Member of the Faculty Commission for the Research Equipment Reviewer for journals: Metallomics, Journal of Trace Elements in Medicine and Biology, NeuroImage, Talanta (The International Journal of Pure and Applied Analytical Chemistry) Kierownik Katedry Fizyki Medycznej i Biofizyki Opiekun Studenckiego Koła Naukowego Fizyków Medycznych KERMA Członek Polskiego Towarzystwa Fizyki Medycznej Członek Wydziałowej Komisji ds. Aparatury Recenzent czasopism: Metallomics Journal of Trace Elements in Medicine and Biology, NeuroImage, Talanta (The International Journal of Pure and Applied Analytical Chemistry)

37 37 J.Cieślak Dean s Plenipotentiary for Quality of Education Pełnomocnik Dziekana ds. Jakości Kształcenia A.Jung Vice Chairman of the Kraków Branch of the Polish Society of Medical Physics Coordinator of educational cooperation with Nałęcz Institute Biocybernetics and Biomedical Engineering Polish Academy of Sciences Reviewer for ASAIO Journal and Biocybernetics and Biomedical Engineering Member of Polish Radiation Research Society Member of Polish Society for Biomedical Engineering Member of the Faculty Library Commission Member of organizing committee of XX Conference of Biocybernetics and Biomedical Engineering Zastępca Przewodniczącego Oddziału Krakówskiego Polskiego Towarzystwa Fizyki Medycznej Koordynator w zakresie współpracy dydaktycznej z Instytutem Biocybernetyki i Inżynierii Biomedycznej im. Macieja Nałęcza PAN Recenzent czasopisma ASAIO Journal i Biocybernetics and Biomedical Engineering Członek Polskiego Towarzystwa Badań Radiacyjnych Członek Polskiego Towarzystwa Inżynierii Biomedycznej Członek Wydziałowej Komisji Bibliotecznej Członek komitetu organizacyjnego XX Konferencji Biocybernetyki i Inżynierii Biomedycznej

38 38 K.Matusiak Member of the Polish Society of Medical Physics Deputy chairman of the Faculty Commission for Education Quality at the Faculty of Physics and Applied Computer Science Dean s Plenipotentiary for the students practice for the Medical Physics (WFiIS) Member of the Faculty Council Członek Polskiego Towarzystwa Fizyki Medycznej Zastępca przewodniczącego zespołu ds. Jakości Kształcenia na Wydziale Fizyki i Informatyki Stosowanej AGH Pełnomocnik Dziekana ds. praktyk studenckich dla kierunku Fizyka Medyczna (WFiIS) Członek Rady Wydziału S.Dubiel Fellow of the Institute of Physics, London (since 2002) Member of the Mössbauer Century Club, USA (since 2005) Reviewer for Journal of Alloys and Compounds, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Hyperfine Interactions Member of the Editorial Board for Applied Sciences Member of International Advisory Board for 3 rd Mediterranean Conference on the Applications of the Mössbauer Effect, Jeruselem, 5-7 June 2017 Członek Instytutu Fizyki w Londynie w randze Fellow Członek Mössbauer Century Club, USA Recenzent czasopism Journal of Alloys and Compounds, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Hyperfine Interactions Członek Komitetu Redakcyjnego czasopisma Applied Sciences Członek Międzynarodowego Komitetu Doradczego dla 3 rd Mediterranean Conference on the Applications of the Mössbauer Effect, Jerozolima, 5-7 czerwiec 2017

39 39 Department of Condensed Matter Physics Katedra Fizyki Materii Skondensowanej Head prof. dr hab. inż. Krzysztof Wierzbanowski full profesor prof. dr hab. Stanisław Kaprzyk full professor prof. dr hab. inż. Wojciech Łużny full professor prof. dr hab. Janusz Wolny full professor prof. dr hab. inż. Janusz Toboła full professor prof. dr hab. inż. Andrzej Zięba professor prof. dr hab. inż. Andrzej Baczmański professor dr hab. inż. Jacek Tarasiuk professor AGH dr hab. inż. Andrzej Bernasik professor AGH dr inż. Paweł Armatys assistant professor dr inż. Jakub Haberko assistant professor dr inż. Jan Kulka assistant professor dr Jacek Nizioł assistant professor dr Łucjan Pytlik assistant professor dr inż. Radosław Strzałka assistant professor dr inż. Maciej Śniechowski assistant professor dr inż. Bartłomiej Wiendlocha assistant professor dr inż. Marcin Wroński assistant professor dr inż. Sebastian Wroński assistant professor dr inż. Mariusz Jędrychowski teaching assistant dr inż. Roman Wawszczak teaching assistant Ryszard Skotnicki technical assistant

40 40 Profile Properties and symmetry analysis of selected phases of ordered structures. Studies of aperiodic structures. Deformation, recrystallization and internal stresses in polycrystalline materials. Structure investigations using X-ray micro-tomography. Electronic structure, transport and magnetic properties of the solid state. Polymer research. Theory of measurement uncertainty. Achievements Osiągnięcia For model 1D and 2D quasicrystals the influence of phasonic disorder on the quasicrystalline was investigated. It was shown that strong phasonic defects lead to random tiling type of atomic arrangement and eventually to amorphous system. Some diffraction peaks preserve however the Bragg-like scaling behavior. In situ diffraction studies of the lattice strains during tensile test allowed to determine the mechanical properties of both phases in two-phase alloy Ti-18 and Al/SiC composite. Własności i analiza symetryczna wybranych faz struktur uporządkowanych. Badanie struktur aperiodycznych. Odkształcenia, rekrystalizacja oraz naprężenia wewnętrzne w materiałach polikrystalicznych. Badania strukturalne z wykorzystaniem mikrotomografii roentngenowskiej Struktura elektronowa, własności transportowe i magnetyczne ciał stałych. Badania polimerów. Teoria niepewności pomiarów. Dla kwazikryształu 1D i 2D przebadano wpływ nieporządku fazonowego na uporządkowanie kwazikrystaliczne, wykazując, że silne zdefektowanie fazonowe prowadzi do uporządkowania typu random tiling, aż wreszcie do amorficznego, przy czym skalowanie natężenia piku dyfrakcyjnego typu Bragga zostaje zachowane dla niektórych pików. Badania dyfrakcyjne odkształceń sieci krystalicznej podczas rozciągania próbek (in situ) pozwoliły wyznaczyć mechaniczne właściwości w obu fazach stopu dwufazowego stopu Ti-18 oraz kompozytu Al/SiC.

41 41 The mechanical properties and microstructure of titanium grade 2 severely deformed using equal channel angular pressing (ECAP route C) were examined. Ultra fine-grain microstructure and enhanced mechanical properties were obtained. Study of magnetic, electronic and crystal stability of FeCrMx (M = Co, Ni) sigma phases and demonstration of the impact of substitution preferences on the magnitude of magnetic moments. Theoretical investigations of cathode battery materials and the discovery of the connection between the distortion of the crystal lattice and the voltage in the Li-ion battery system using Compton scattering spectroscopy as well as the correlation between electron states and the character of the discharge curve. Relation between aortal valve calcifications and clinical image of the illness was studied using micro-ct technique. Indicating optimal conditions for modifying interfaces with a self-assembled organosilane monolayer formed between a PEDOT:PSS anode and a semiconducting polymer layer to improve the performance of polymer solar cells. An important aspect of the experimental work was the use of a unique method of depth profiling by sputtering (Ar-GCIB) and consecutively analyzing the actual chemical structure and electrical properties using XPS and UPS spectroscopy, respectively. Zbadano własności mechaniczne i mikrostrukturę tytanu grade 2 bardzo silnie odkształcanego metodą przeciskania przez kanał równokątowy (techniką ECAP) drogą C. Uzyskano strukturę ultra-drobnoziarnistą oraz podwyższone własności mechaniczne. Zbadanie własności magnetycznych, elektronowych oraz stabilności krystalicznej faz sigma FeCrMx (M=Co, Ni) i wykazanie wpływu preferencji podstawień na wielkość momentów magnetycznych. Badania teoretyczne materiałów na katody baterii jonowych oraz odkrycie połączenia pomiędzy dystorsją sieci krystalicznej a wielkością napięcia w układzie baterii Li-jonowej przy spektroskopii rozpraszania Comptona oraz wskazanie korelacji pomiędzy stanami elektronowymi a charakterem krzywej rozładowania. Wykorzystując technikę mikrotomografii rentgenowskiej badano związki pomiędzy zwapnieniami zastawek aortalnych a obrazem klinicznym choroby. Wskazanie optymalnych warunków modyfikacji złącza samoorganizującą się warstwą organosilanów pomiędzy anodą PEDOT:PSS a półprzewodzącą warstwą polimerową dla podniesienia wydajności polimerowych ogniw słonecznych. Istotnym aspektem pracy było zastosowanie unikalnej metody profilowania głębokościowego poprzez sekwencyjne rozpylanie badanej warstwy wiązką jonów zbudowanych z kilku tysięcy atomów argonu (Ar-GCIB) i analizą rzeczywistej struktury chemicznej oraz własności elektrycznych metodami spektroskopii XPS oraz UPS.

42 42 Activity Działalność organizacyjna P. Armatys Deputy Dean for Students Affairs Prodziekan ds. Studenckich. A. Baczmański Member of Scientific Committees of International Conferences: European Conference on Residual Stresses (ECRS) and Size-Strain Conference, Reviewer of: Materials Performance and Characterization, Materials Sciences and Engineering, Materials and Design, Journal of Applied Crystallography, Member of the Election Committee of the Faculty, Member of the Committee for the Research Equipment of the Faculty, Member of the Board IV for Scientific Research of AGH University of Science and Technology. Członek Komitetów Naukowych Międzynarodowych Konferencji: European Conference on Residual Stresses (ECRS) oraz Size-Strain oraz Size and Strain, Recenzent czasopism: Materials Performance and Characterization, Materials Sciences and Engineering, Materials and Design, Journal of Applied Crystallography, Członek Wydziałowej Komisji Wyborczej, Członek Wydziałowej Komisji Aparaturowej, Członek IV Zespołu ds. badań naukowych AGH.

43 43 W. Łużny Vice-Rector of AGH UST for Education, Chairman of the Organizing Committee for the 100th Anniversary of AGH UST, Member of the Senate of AGH University of Science and Technology, Representative of AGH UST in the Council of Scientific - Industrial Consortium ELA- MAT Pokarpackie, Member of the Scientific Committee of M. Smoluchowski Scientific Consortium Matter-Energy-Future (KNOW). Prorektor AGH ds. Kształcenia, Przewodniczący Komitetu ds. Organizacji Jubileuszu 100-lecia AGH, Senator AGH, Reprezentant AGH w Radzie Uczestników Konsorcjum Naukowo-Przemysłowym ELA- MAT Podkarpackie, Członek Rady Naukowej Krakowskiego Konsorcjum Naukowego im. M. Smoluchowskiego Materia Energia Przyszłość (KNOW). J. Toboła Head of Doctoral Studies of the Faculty of Physics and Applied Computer Science AGH, Member of the University Electoral Collegium, Member of International Scientific Committees of conferences on thermoelectricity, Member of the Board of the Polish Association of Hydrogen and Fuel Cells. Kierownik Studiów Doktoranckich na Wydziale Fizyki i Informatyki Stosowanej AGH, Członek Uczelnianego Kolegium Elektorów, Członek Międzynarodowych Komitetów Naukowych konferencji termoelektrycznych, Członek Zarządu Polskiego Stowarzyszenia Wodoru i Ogniw Paliwowych.

44 44 K. Wierzbanowski Head of the Department of Condensed Matter Physics, Chairman of the Board IV for Scientific Research of AGH University of Science and Technology, Member of the University Election Committee, Member of International Scientific Committees of Conferences on: Mechanical Stress Evaluation by Neutrons and Synchrotron Radiation (MECA SENS), Member of the Board of Reviewers in: Archives of Metallurgy and Materials. Kierownik Katedry Fizyki Materii Skondensowanej, Przewodniczący Zespołu IV Badań Naukowych AGH, Członek Uczelnianej Komisji Wyborczej, Członek międzynarodowych komitetów naukowych organizujących konferencje z cyklu: Mechanical Stress Evaluation by Neutrons and Synchrotron Radiation (MECA SENS), Członek komitetu recenzentów czasopisma Archives of Metallurgy and Materials. J. Wolny Dean of the Faculty of Physics and Applied Computer Science, Member of the Senate of AGH University of Science and Technology, Member of Committee of Crystallography, Polish Academy of Science, Member of Commission on Aperiodic Structure of the International Union of Crystallography, Director of postgraduate studies for teachers at AGH University of Science and Technology, Deputy chairman of the Central Committee of the Olympiad with diamond index of AGH. Dziekan Wydziału Fizyki i Informatyki Stosowanej, Senator AGH, Członek Komitetu Krystalografii Polskiej Akademii Nauk, Członek Komisji Struktur Aperiodycznych Międzynarodowej Unii Krystalograficznej, Kierownik Studiów podyplomowych dla nauczycieli na AGH, Zastępca przewodniczącego Komitetu Głównego Olimpiady o Diamentowy Indeks AGH.

45 45 A. Zięba Polish Physical Society: member of the Main Board, Reviewer of Metrology and Measurement Systems, and Pomiary, Automatyka Kontrola, Scientific supervisor of the Undergraduate Student Laboratory. Polskie Towarzystwo Fizyczne: członek Zarządu Głównego, Recenzent Metrology and Measurement Systems, oraz Pomiary, Automatyka Kontrola, Opiekun naukowy studenckiej Pracowni Fizycznej. J. Tarasiuk Rector s representative for quality of teaching, Member of the jury for Lecture Notes in Internet, under the patronage of the Rector, Member of the Program Centre for Distance Education at AGH University, Member of the reward jury for the quality of teaching Sapere Auso - Małopolska Scholarship Foundation. Expert of the Polish Accreditation Commission. Pełnomocnik Rektora ds. Jakości Kształcenia, Członek jury konkursu pod patronatem JM Rektora Notatki w Internecie, Członek Rady Programowej Ośrodka Edukacji Niestacjonarnej AGH, Członek Komisji Nagrody Jakości Nauczania Sapere Auso - Małopolskiej Fundacji Stypendialnej. Ekspert Polskiej Komisji Akredytacyjnej.

46 46 Department of Applied Informatics and Computational Physics Katedra Informatyki Stosowanej i Fizyki Komputerowej Department of Applied Informatics and Computational Physics Katedra Informatyki Stosowanej i Fizyki Komputerowej Head prof. dr hab. Zdzisław Burda, full professor Complex Systems Group Zespół Układów Złożonych prof. dr hab. Zdzisław Burda, full professor prof. dr hab. Krzysztof Kułakowski, full professor dr hab. inż. Przemysław Gawroński, assistant professor dr hab. inż. Małgorzata Krawczyk, assistant professor dr hab. inż. Krzysztof Malarz, assistant professor dr inż. Piotr Gronek, assistant professor dr inż. Maciej Wołoszyn, assistant professor dr inż. Antoni Dydejczyk, senior lecturer dr inż. Barbara Kawecka-Magiera, senior lecturer dr inż. Grażyna Krupińska, senior lecturer dr inż. Janusz Malinowski, lecturer mgr inż. Michał Dwużnik, assistant Information Technology and Systems Research Group Zespół Technik Informacyjnych i Badań Systemowych prof. dr hab. inż. Piotr Kulczycki, full professor

47 47 prof. László T. Kóczy, visiting professor dr inż. Piotr Andrzej Kowalski, assistant professor dr inż. Szymon Łukasik, assistant professor dr inż. Dominika Gołuńska, teaching assistant mgr inż. Grzegorz Gołaszewski, teaching assistant mgr inż. Jakub Kamiński, teaching assistant mgr inż. Paulina Pełszyńska, teaching assistant dr inż. Joanna Świebocka-Więk, lecturer Nanostructures and Nanodevices Theory Group Zespół Teorii Nanostruktur i Nanourządzeń prof. dr hab. Stanisław Bednarek, full professor prof. dr hab. Janusz Adamowski, full professor prof. dr hab. inż. Bartłomiej Szafran, full professor dr hab. inż. Tomasz Chwiej, assistant professor dr hab. inż. Bartłomiej Spisak, assistant professor dr inż. Paweł Wójcik, teaching assistant dr inż. Dariusz Żebrowski dr inż. dr Alina Mreńća-Kolasińska Profile COMPLEX SYSTEMS GROUP Zespół Układów Złożonych We conduct research on emergence and complexity and on interdisciplinary applications of statistical mechanics and game theory to modeling of sociological processes and to financial engineering as well as to system biology and biophysics. We work in the field of random matrices and complex networks. We also carry out research on micromagnetism in collaboration with laboratories of material science at the Universidad del Pais Vasco, San Sebastian, and Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, CSIC. In particular, we concentrate on modeling of hysteresis loops in micro- and nanoscopic systems.

48 48 Prowadzimy badania nad emergencją i złożonością oraz interdyscyplinarnymi zastosowaniami fizyki statystycznej i teorii gier do modelowania zjawisk społecznych oraz inżynierii finansowej jak również do biologii systemowej i biofizyki. Pracujemy w dziedzinie macierzy losowych i sieci złożonych. Prowadzimy również badania mikromagnetyzmu we współpracy z laboratoriami fizyki materiałowej z Universidad del Pais Vasco, San Sebastian, oraz Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, CSIC. W szczególności zajmujemy się modelowaniem pętli histerezy układów mikro- i nanoskopowych. INFORMATION TECHNOLOGY AND SYSTEMS RESEARCH GROUP Zespół Technik Informacyjnych i Badań Systemowych The research group carries out highly specialized investigations into broadly understood information technology and systems research, in particular that pertaining to data analysis and exploration, computational intelligence, biometrics and control engineering. The work is conducted in close cooperation with the Systems Research Institute of the Polish Academy of Sciences in Warsaw. Zespół prowadzi wysokospecjalizowane badania w zakresie szeroko rozumianych technik informacyjnych i badań systemowych, w szczególności związanych z analizą i eksploracją danych, inteligencji obliczeniowej, biometryki, a także inżynierii sterowania. Prace realizowane są w ścisłej współpracy z Instytutem Badań Systemowych Polskiej Akademii Nauk w Warszawie. Profile NANOSTRUCTURES AND NANODEVICES THEORY GROUP Zespół Teorii Nanostruktur i Nanourządzeń We conduct research on: quantum computer logic gates, electron transport in semiconductor nanowires and bilayer semiconductor nanostructures, superconductivity in the nanoscale. We model spintronics devices, semiand superconductor nanodevices. We study spin-orbit coupling effects in quantum dots, spin and charge transport in mesoscopic systems. We conduct research on applications of the phase space formulation of quantum mechanics to electron transport in semiconductor nanosystems. We study Majorana fermions in semiconductor nanowires. Prowadzimy badania kwantowych bramek logicznych, transportu elektronów w nanodrutach półprzewodnikowych i dwuwarstwowych nanostrukturach półprzewodnikowych, nadprzewodnictwa w strukturach nanoskopowych oraz badania dotyczące modelowania przyrządów spintroniki, urządzeń półprzewowdnikowych i nadprzewodnikowych, efektów oddziaływań spin-orbita w kropkach kwantowych, transportu spinu i ładunku w układach mezoskopowych. Prowadzimy badania w zakresie zastosowań przestrzennofazowego sformułowania mechaniki kwantowej do problemów transportu elektronowego w nanoukładach półprzewodnikowych. Badamy fermiony Majorany w półprzewodnikowych drutach kwantowych.

49 49 ACHIEVEMENTS / OSIĄGNIĘCIA COMPLEX SYSTEMS GROUP / Zespół Układów Złożonych A method of calculation of correlations of eigenvectors for products of m independent complex Ginibre matrices Formulation of partition function for thermalized electrons in contacts due to scattering processes Analysis of electron transport in GaN/AlGaN nanowires with double barrier in the Landauer formalism Application of the formalism of Wigner function to scattering process in nanoscopic system with resonant tunelling Analysis of dynamics of magnetization of a nanodot with vertex or antivertex, driven by current of polarized electrons Analysis of of rotation of domain structure of a nanodot, controlled by current of polarized electrons, around the vortex Design of the Lindenmayer system for line graphs for selected fractals. Conclusion on their fractal dimensions Construction of a game of power through control of resources Calculation of the probability of Heider balance for networks with antisymmetric bonds Construction of mathematical model of group integration and of its mean field version Opracowano metodę obliczania korelacji wektorów własnych iloczynu m niezależnych macierzy zespolonych Ginibre a Wprowadzono równowagową funkcję rozkładu, która odpowiada termalizacji elektronów w kontaktach w związku z procesem rozpraszania Przeprowadzono analizę transportu elektronowego w nanodrutach GaN/AlGaN z podwójną barierą w ramach formalizmu Landauera Wykorzystano formalizm funkcji Wignera do zbadania procesu rozpraszania w układzie nanoskopowym z rezonansowym efektem tunelowym Zbadano dynamikę namagnesowania nanokropki zawierającej worteks lub antyworteks, sterowanej prądem spolaryzowanych elektronów Zbadano dynamikę obrotu struktury domenowej nanokropki sterowanej prądem spolaryzowanym spinowo wokół worteksu Skonstruowano system Lindenmayera dla grafów krawędziowych opartych na wybranych fraktalach. Otrzymano wnioski dotyczące wymiaru fraktalnego tych grafów Obliczono prawdopodobieństwo stanu równowagi Heidera w grafach z wiązaniami asymetrycznymi Skonstruowano matematyczny model dynamiki integracji grupy i jego wersję średniego pola

50 50 INFORMATION TECHNOLOGY AND SYSTEMS RESEARCH GROUP Zespół Technik Informacyjnych i Badań Systemowych Applications of nonparametric estimation methods for data analysis and decision support Properties of advanced metaheuristics based on biological mechanisms Fuzzy models of computational support in processes for reaching group consensus Image processing for medical diagnosis Modelling of hierarchical structures properties Zastosowania metod estymacji nieparametrycznej do analizy danych i wspomagania decyzji Własności zaawansowanych metaheurystyk opartych na mechanizmach biologicznych Rozmyte modele metod obliczeniowych wspomagających proces osiągania konsensusu w grupie Przetwarzanie obrazów dla celów diagnostyki medycznej Modelowanie własności struktur hierarchicznych ACHIEVEMENTS / OSIĄGNIĘCIA NANOSTRUCTURES AND NANODEVICES THEORY GROUP Zespół Teorii Nanostruktur i Nanourządzeń Theoretical development of the spin filter based on the inter-subband spinorbit interaction Theoretical analysis of the FFLO phase in superconducting core/shell nanowires Description of the effect of transient magnetic hybridization on the dynamics of electron subbands in bilayer semiconductor nanowire Theory of the nonclassical distribution function in phase space in applications to transport of electrons in finite systems. Analysis of contact influence on transport characteristics. Analysis of the left-right eigenvector corellations for the products of the complex Ginibre matrices. Analysis of the left-right eigenvector corellations for the products of the complex Ginibre matrices. Proposition of the method for generating of enangled Schroedinger s cat states in a planar semiconductor heterostructure Development of the method of fast initialization of a single electron spin trapped in an electrostatic quantum dot

51 51 Opracowanie modelu filtra spinowego opartego na międzypasmowym oddziaływaniu spin-orbita Teoretyczny opis fazy FFLO w nadprzewodzących drutach o strukturze rdzeniowo-powłokowej Opis wpływu krótkoczasowej hybrydyzacji magnetycznej na dynamikę podpasm elektronowych w półprzewodnikowych drutach kwantowych. Teoria nieklasycznych funkcji rozkładu w przestrzeni fazowej w zastosowaniu to transportu elektronowego w skończonych układach. Badania wpływu kontaktów na charakterystyki transportowe. Badania wpływu potencjału korelacyjnowymiennego na własności transportowe w nanodrutach piezoelektrycznych. Badania korelacji wektorów prawo- i lewostronnych dla zespolonych macierzy losowych Ginibre a. Propozycja metody generowania splątanych stanów kota Schroedingera w płaskiej półprzewodnikowej heterostrukturze Opracowanie metody szybkiej inicjalizacji spinu pojedynczego elektronu uwięzionego w lektrostatycznej kropce kwantowej Activity Działalność organizacyjna Z.Burda Secretary of Commission of Complex Systems of the Polish Academy of Arts and Sciences Referee of scientific journals: Physics Reports, Physical Review Letters, Physical Review etc. Sekretarz Komisji Układów Złożonych Polskiej Akademii Umiejętności Recenzent czasopism naukowych: Physics Report, Physical Review Letters, Physical Review i innych P.Gawroński Referee of scientific journal: Journal of Magnetism and Magnetic Materials Recenzent czasopisma naukowego: Journal of Magnetism and Magnetic Materials M.J.Krawczyk

52 52 Referee of scientific journal: Scientometrics Member of the Faculty Board for Dean Grants Member of the Faculty Team for the New Building Recenzent czasopisma naukowego: Scientometrics Członek Wydziałowej Komisji ds. Grantów Dziekańskich Członek Wydziałowego Zespołu ds. Nowego Budynku M.K.Kułakowski Member of Committee of Complex Systems in the Polish Academy of Arts and Sciences Członek Komisji Układów Złożonych PAU

53 53 K. Malarz Deputy Dean for Education (since 2016/09) Senior Editor, Open Physics (since 2014/04) Member of the Kraków branch Council, Polish Physical Society ( ) Member of the Auditorial Commission for Section of Physics in Economy and Social Sciences, Polish Physical Society ( ) Referee of scientific journals: Physical Review Letters, Physical Review E, Physica A, The Physical European Journal B, International Journal of Modern Physics C, Journal of Artificial Societies and Social Simulation, Computer Physics Communications, Physica D, Modern Physics Letters B, International Journal of Modern Physics B member of the Advisory Committee of the 7th ΣΦ International Conference in Statistical Physics Member of the Program Committee of the 2nd International Conference on Complex Information System Member of the Program Committee of the 5th Workshop on Complex Collective Systems Prodziekan ds. Kształcenia (od 2016/09) Redaktor Open Physics (od 2014/04) Członek zarządu oddziału Krakowskiego Polskiego Towarzystwa Fizycznego ( ) Członek Komisji Rewizyjnej Sekcji Fizyki w Ekonomii i Naukach Społecznych Polskiego Towarzystwa Fizycznego ( ) Recenzent czasopism naukowych: Physical Review Letters, Physical Review E, Physica A, The Physical European Journal B, Journal of Artificial Societies and Social Simulation, Computer Physics Communications, Physica D, Modern Physics Letters B, International Journal of Modern Physics B Członek międzynarodowego komitetu doradczego The 7th ΣΦ International Conference in Statistical Physics Członek międzynarodowego komitetu programowego The 2nd International Conference on Complex Information System Członek międzynarodowego komitetu programowego The 5th Workshop on Complex Collective Systems M.Wołoszyn Member of the Examination Board for Final Exam for Computer Science Students Członek Komisji d/s przeprowadzenia egzaminu inżynierskiego na kierunku Informatyka Stosowana

54 54 P.A.Kowalski Expert for the National Centre for Research and Development Member of scientific committees of scientific journals Member of program committee of Doctoral Symposium on Recent Advances in Information Technology (DS-RAIT 2017), Member of program committee of International Conference Theory and Practice in Modern Computing (TPMC 2017). Member of scientific organizations, including IEEE, IEEE Computational Intelligence Society,IEEE Systems Council, IEEE Biometrics Council, Polish Information Processing Society. Reviewer of numerous scientific journals including Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control, Algorithms, Artificial Intelligence Review, Neural Computing and Applications, Pattern Recognition Letters Ekspert Narodowego Centrum Badań i Rozwoju Członek komitetów naukowych czasopism naukowych Członek komitetu programowego Doctoral Symposium on Recent Advances in Information Technology (DS-RAIT 2017) Członek komitetu programowego International Conference Theory and Practice in Modern Computing (TPMC 2017). Członek organizacji naukowych, w tym IE- EE, IEEE Computational Intelligence Society, IEEE Systems Council, IEEE Biometrics Council, Polskie Towarzystwo Informatyczne. Recenzent czasopism naukowych m.in. Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control, Algorithms, Artificial Intelligence Review, Neural Computing and Applications, Pattern Recognition Letters

55 55 P.Kulczycki Head of the Division for Information Technology and Systems Research Head of the Center of Information Technology for Data Analysis Methods, Systems Research Institute, Polish Academy of Sciences Member of the Committee of Automation and Robotics of the Polish Academy of Sciences Member of Scientific Council of the Systems Research Institute, Polish Academy of Sciences Member of numerous program committees of scientific journals, Editor-in-Chief of two Referee of numerous reputable scientific journals Member of numerous program committee of scientific conferences Member of 10 scientific organizations, including IFAC Technical Committees Distributed Parameter Systems and Modelling, Identification and Signal Processing, and Senior Member IEEE Kierownik Zespołu Technik Informatycznych i Badań Systemowych Kierownik Centrum Informatycznych Metod Analizy Danych, Instytutu Badań Systemowych PAN Członek Komitetu Automatyki i Robotyki Polskiej Akademii Nauk Członek Rady Naukowej Instytutu Badań Systemowych PAN Członek wielu komitetów programowych czasopism naukowych, w tym dwóch Editor-in- Chief Recenzent wielu renomowanych czasopism naukowych Członek wielu komitetów programowych konferencji naukowych Członek 10 organizacji naukowych, w tym IFAC Technical Committees Distributed Parameter Systems i Modelling, Identification and Signal Processing, a także Senior Member IEEE

56 56 S. Łukasik Expert for the National Centre for Research and Development and European Commission (Horizon 2020) Member of the program board of the Association of TOP 500 Innovators Reviewer of reputable scientific journals, e.g. Information Sciences, Applied Soft Computing, IET Computer Vision and Journal of Intelligent and Fuzzy Systems Member of scientific organizations, including IEEE, IEEE Computational Intelligence Society Ekspert Narodowego Centrum Badań i Rozwoju oraz Komisji Europejskiej (program Horyzont 2020) Członek Rady Programowej Stowarzyszenia Top 500 Innovators Recenzent dla renomowanych czasopism naukowych, m.in. Information Sciences, Applied Soft Computing, IET Computer Vision i Journal of Intelligent and Fuzzy Systems Członek organizacji naukowych, w tym IEEE, IEEE Computational Intelligence Society J.Adamowski Member of the Committee of Ethics at the AGH University of Science and Technology (till ) Członek Komisji Etyki AGH (do ) S. Bednarek Referee of scientific journals: Physical Review Letters, Physical Review B etc. Recenzent czasopism naukowych: Physical Review Letters, Physical Review B i innych

57 57 T. Chwiej Referee of scientific journals: Semiconductor Science and Technology, Journal of Physics: Condensed Matter etc. Member of the Faculty Board for Quality of Education Recenzent czasopism naukowych: Semiconductor Science and Technology, Journal of Physics: Condensed Matter i innych Członek Wydziałowej Komisji do Zapewnienia Jakości Kształcenia B.Spisak Referee of scientific journal: Applied Physics Letters. Member of the Auditing Commission at the Kraków Branch Council of the Polish Physical Society. Head of Interdisciplinary Doctoral Studies FCB. Member of the Faculty Board for Quality of Education. Recenzent czasopisma naukowego: Applied Physics Letters. Członek Komisji Rewizyjnej Oddziału Krakowskiego Polskiego Towarzystwa Fizycznego. Kierownik Interdyscyplinarnych Studiów Doktoranckich FCB. Członek Wydziałowej Komisji do Zapewnienia Jakości Kształcenia. B.Szafran Członek Rady Bibliotecznej Member of the Library Council P.Wójcik Member of the Faculty Board for Quality of Educationn Referee of scientific journals: SemiconductorScience and Technology,Journal of Physics:Condensed Matter etc. Członek Wydziałowej Komisji do Zapewnienia Jakości Kształcenia. Recenzent czasopism naukowych: Semiconductor Science and Technology, Journal of Physics: Condensed Matter i innych.

58 58 Department of Particle Interaction and Detection Techniques Katedra Oddziaływań i Detekcji Cząstek Head prof. dr hab. inż. Dąbrowski Władysław, full professor Elementary Particles Physics Group Zespół Fizyki Cząstek Elementarnych prof. dr hab.kisielewska Danuta, full professor prof. dr hab. inż. Przybycień Mariusz, profesor dr hab. inż. Grabowska-Bołd Iwona, associate professor dr hab. inż. Szumlak Tomasz, associate professor dr inż. Adamczyk Leszek, assistant professor dr inż. Bołd Tomasz, assistant professor dr inż. Gach Grzegorz, assistant professor dr inż. Guzik Marcin, teaching assistant dr inż. Obłąkowska-Mucha Agnieszka, assistant professor dr inż. Rachwał Bartłomiej, assistant Nuclear Electronics and Radiation Detection Group Zespół Elektroniki Jądrowej i Detekcji Promieniowania prof. dr hab. inż. Dąbrowski Władysław, full professor prof. dr hab. inż. Idzik Marek, professor dr inż. Fiutowski Tomasz, assistant professor dr inż. Hottowy Paweł, assistant professor dr inż. Kowalski Tadeusz, assistant professor dr inż. Mindur Bartosz, assistant professor dr inż. Moroń Jakub, assistant professor

59 59 dr inż. Skoczeń Andrzej, assistant professor dr inż. Świentek Krzysztof, assistant professor dr inż. Wiącek Piotr, assistant professor dr inż. Koperny Stefan, teaching assistant dr inż. Firlej Mirosław, assistant dr Imran Ahmed Mohammed, assistant mgr inż. Łach Bartłomiej, assistant mgr inż. Korba Andrzej inż. Terlecki Przemysław Profile The scientific activity of Department covers three areas of research: basic research of elementary constituents of the matter and their interactions in high energy collisions, design and construction of detectors and readout electronics for high energy physics experiments, development of detectors and readout electronics for neuroscience experiments and for medical imaging. The high energy physics experiments are long term projects and because of the high cost of large accelerators and detection facilities they are performed by large international collaborations. Our participation in these experiments is as complete as possible and covers all phases of the projects: preparations of the research programs, design and construction of the experimental apparatus, data analyses as well as maintaining and upgrading detector systems. Tematyka naukowa Katedry obejmuje trzy kierunki badań: badania podstawowe elementarnych składników materii i ich oddziaływań metodą zderzeń wysokoenergetycznych wiązek, rozwój detektorów i aparatury elektronicznej dla eksperymentów fizyki wysokich energii, projektowanie i budowę detektorów i aparatury elektronicznej dla eksperymentów neurobiologicznych oraz dla obrazowania medycznego. Eksperymenty wysokich energii są projektami długofalowymi, a budowa akceleratorów i aparatury detekcyjnej wymaga dużych nakładów finansowych prace z dziedziny fizyki cząstek elementarnych mogą być prowadzone tylko w ramach dużych międzynarodowych zespołów. Nasz udział w eksperymentach obejmuje wszystkie ich fazy od przygotowania programu fizycznego poprzez projektowanie i budowę elementów aparatury detekcyjnej, jej obsługę i modernizację, po analizę danych.

60 60 Since mid of 1990 s the Department members participated in design and construction of new experiments at the LHC accelerator at CERN: ATLAS p-p, p-pb and Pb-Pb, LHCb p-p and p-pb, and after start of the LHC in 2010 they contribute to running of the experiments and to data analysis. A special attention is paid to processes leading to New Physics, particularly to Higgs and supersymmetric particles discoveries in ATLAS experiment, to study of CP violation in beauty and charm sector in the LHCb experiment to explain matter - antimatter asymmetry of the Universe. Also, search for rare decays of mesons containing b and c quarks that can also be sensitive to phenomena beyond Standard Model is performed. Since 2011 Department participates in the STAR p-p and ion-ion experiment on the relativistic heavy ion interactions at the RHIC accelerator in Brookhaven National Laboratory. The activity in the area of detectors and readout electronics focuses on development of position sensitive detectors and readout systems employing Application Specific Integrated Circuits. These projects are carried out in collaboration with individual abroad partners as well as in the frame of large international projects: ATLAS and LHCb Detectors upgrade RD50 Radiation hard semiconductor devices for very high luminosity colliders, RD51 Development of micro-pattern gas detector technologies. International Linear Collider ILC, Compact Linear Collider CLIC. Od połowy lat 90-tych pracownicy Katedry uczestniczyli w projektowaniu i budowie aparatury dla eksperymentów na akceleratorze LHC w CERN-ie: ATLAS: p-p, p-pb i Pb-Pb LHCb: p-p, p-pb a od 2010 roku, po uruchomieniu LHC, uczestniczą w prowadzeniu eksperymentów i analizie danych. Celem eksperymentów na LHC jest bezpośrednie odkrycie obiektów związanych z tzw. Nową Fizyką. Badania odkrytej w 2012 roku cząstki Higgsa oraz poszukiwania cząstek supersymetrycznych są priorytetowym zadaniem eksperymentu ATLAS. Precyzyjne pomiary stopnia łamania symetrii CP oraz obserwacje rzadkich rozpadów w eksperymencie LHCb mogą również prowadzić do odkrycia Nowej Fizyki i wyjaśnić asymetrię pomiędzy materią i antymaterią. Poszukiwania rzadkich rozpadów mezonów zawierających kwarki b są czułym narzędziem w badaniu zjawisk poza Modelem Standardowym. Od 2011 roku Katedra uczestniczy w eksperymencie STAR (oddziaływania p-p i jądro-jądro) na akceleratorze relatywistycznych ciężkich jonów RHIC w BNL. Działalność w dziedzinie elektroniki koncentruje się na rozwoju detektorów pozycjoczułych i systemów odczytu detektorów z wykorzystaniem techniki specjalizowanych układów scalonych. Prace te prowadzone są we współpracy z partnerami zagranicznymi: Modernizacja detektorów ATLAS i LHCb RD50 - Radiation hard semiconductor devices for very high luminosity colliders RD51 Development of micro-pattern gas detector technologies International Linear Collider ILC Compact Linear Collider CLIC.

61 61 In the area of neuroscience we develop systems for imaging of neural activity in live neural tissues, including retina and cortex. A common aim of various research projects carried out in collaboration with neuroscientists is to develop techniques for bidirectional communication between live neurons and electronic circuits. W dziedzinie badań neurobiologicznych rozwijane są systemy do obrazowania aktywności neuronalnej w żywych tkankach nerwowych, takich jak siatkówka oka i kora mózgowa. Wspólnym celem różnych projektów badawczych prowadzonych we współpracy z neurobiologami jest opracowanie dwukierunkowej komunikacji pomiędzy żywymi neuronami i obwodami elektronicznymi. Achievements / Osiągnięcia It has been well-established that the hot, dense system created in collisions of ultrarelativistic heavy- ions may be considered a fluid, and hydrodynamic calculations relate the polarization of emitted particles directly to the vorticity - the curl of the flow field - of the fluid. Using this relation, the STAR experiment measured the curl of the fluid created at RHIC in Au+Au collisions to be about s 1, 14 orders of magnitude higher than any fluid ever observed. Previous results have established the system at RHIC to be the hottest and the least viscous fluid ever created. This new result, published in Nature, adds another record - collisions at RHIC produce the most vortical fluid. Vortical structure leads to strong local magnetic fields which understanding is crucial for proper description of the Quark Gluon Plasma within hydrodynamical approach. Moment pędu plazmy kwarkowogluonowej (QGP) produkowanej w ultrarelatywistycznych zderze- niach ciężkich jonów (Au+Au przy s NN = 200GeV ) na RHIC jest rzędu 1000 h. Może to prowadzić do powstania silnej struktury wirowej w QGP, która jak wiadomo skądinąd posiada cechy płynu o bardzo niskiej lepkości. Eksperyment STAR wykonał pierwszy pomiar struktury wirowej QGP mierząc korelacje między spinem produkowanych barionów Λ a momentem pędu QGP. Otrzymane wyniki sugerują, że QGP posiada silną strukturę wirową, których prędkość kątowa wynosi nawet s 1, 14 rzędów wielkości więcej niż w jakimkolwiek innym płynie. Struktura wirowa QGP prowadzi do powstawania silnych lokalnych pól magnetycznych, których zrozumienie jest konieczne dla uzyskania pełnego opisu hydrodynamicznego. Wyniki opublikowano w magazynie Nature.

62 62 The ATLAS experiment continued data taking for proton-proton collisions at the energy of 13 TeV with the record data-taking efficiency which led to a record integrated luminosity. In fall a test run with xenon-xenon collisions was recorded at 5.44 TeV per nucleon pair and later a reference run with proton-proton collisions at 5.02 TeV at low pileup. The AGH UST group was very active in preparation of software, trigger configuration and evaluation of data quality for heavy-ion and proton-proton collisions. Leading contribution to the R&D of the High Level Trigger software for Phase 1 and Phase 2 of the ATLAS experiment upgrade. Leading role in lead-lead, proton-lead and proton-proton data analysis in the ATLAS experiment: a first direct evidence of light-by-light scattering in ultraperipheral lead-lead collisions at 5.02 TeV which was published in Nature Physics. The AGH UST group also worked out a preliminary result on W boson production in lead-lead collisions at 5.02 TeV. Leading contribution to the design and implementation of the raw data processing and calibration of the Upstream Tracker detector in the LHCb experiment. Eksperyment ATLAS kontynuował zbieranie danych proton-proton przy energii 13 TeV z rekordowo wysoką wydajnością zbierania danych, która doprowadziła do rekordowej całkowitej świetlności. Jesienią eksperyment zebrał dane testowe ze zderzeń ksenon-ksenon przy energii 5.44 TeV na parę nukleonów oraz dane referencyjne ze zderzeń proton-proton przy energii 5.02 TeV. Grupa z AGH aktywnie uczestniczyła w przygotowaniu oprogramowania, konfiguracji trygera oraz ocenie jakości zebranych danych dla zderzeń ciężkich jonów oraz protonproton. Wiodący wkład do prac rozwojowych nad oprogramowaniem trygera wysokiego poziomu dla Fazy 1 i Fazy 2 modernizacji eksperymentu ATLAS. Wiodący udział w analizie danych z oddziaływań ołów-ołów, proton-ołów oraz proton-proton w eksperymencie ATLAS. Najważniejszym wynikiem z wiodącym udziałem AGH był pierwszy bezpośredni pomiar rozpraszania foton-foton w ultraperyferycznych zderzeniach ołówołów przy energii 5.02 TeV i jego publikacja w Nature Physics. Ponadto grupa z AGH zrobiła wstępny pomiar produkcji bozonów W w zderzeniach ołów-ołów przy 5.02 TeV. Wiodący wkład do projektu i implementacji procesowania surowych danych oraz kalibracji dla detektora Upstream Tracker (UT) w eksperymencie LHCb.

63 63 Leading contribution to the design and implementation of the calibration and monitoring software platform for the medernised VELO detector and detailed analysis of radiation damage induced macroscopic effects observed for the VE- LO pixel sensors. Refined multivariate (MVA) algorithms for the B s D s (D s γ) + K and B s D s + K signal selection. Analysis of soft non-diffraction QCD processed leading to exclusive central production of Φ µ + µ and leading contribution to the Herschel detector calibration and estimation of the detection efficiency function for the non-diffractive strong interaction leading to production of the central hadronic system. Development of the ARTROC Application Specific Integrated Circuit for a X-ray fluorescence spectroscopy (XRF) imaging system using Gas Electron Multiplier Detectors. Leading contribution to development of quench detectors to detect losses of superconducting states in the magnets of the LHC accelerator. Wiodący wkład do projektu oraz wykonania platformy do kalibracji oraz monitorowania zmodernizowanego detektora wierzchołka w eksperymencie LHCb, analiza efektów makroskopowych wywołanych zniszczeniami radiacyjnymi. Zmodyfikowany wielomodalny (MVA) algorytm przeznaczony do pierwszej obserwacji rzadkich hadronowych rozpadów B s D s (D s γ) + K and B s D s + K. Analiza miękkich niedyfrakcyjnych procesów QCD prowadzących do ekskluzywnej produkcji Φ µ + µ oraz wiodący wkład w opracowanie techniki kalibracyjnej detektora Herschel oraz wyznaczenie funkcji wydajności detekcji przypadków oddziaływań niedyfrakcyjnych z produkcją centralnego układu hadronowego. Opracowanie specjalizowanego układu scalonego ARTROC do systemu obrazowania techniką rentgenowskiej analizy fluorescencyjnej z wykorzystaniem detektorów opartych na technologii gazowych powielaczy elektronów. Wiodący wkład do rozwoju detektorów wykrywających utratę stanu nadprzewodzącego w magnesach akceleratora LHC.

64 64 Activity D. Kisielewska Member of Scientific Council of the National Centre for Nuclear Research ( ) Lieder of Experts Team for Evaluation of Scientific Units for physics and astronomy (SI-7) in Commission for Science and Engineering ( ) Member of the Organising Committee of 57th Cracow School of Theoretical Physics, Zakopane 2017 Member of the Scientific Advisory Board of 2nd Jagiellonian Symposium on Fundamental and Applied Subatomic Physics 2017 Członek Rady Naukowej Narodowego Centrum Badań Jądrowych, Świerk ( ) Przewodnicząca Zespołu Ewaluacji Jednostek Naukowych do spraw fizyki i astronomii (SI-7) w grupie nauk ścisłych i inżynierskich ( ) Członek Komitetu Organizacyjnego 57 Krakowskiej Szkoły Fizyki Teoretycznej, Zakopane 2017 Członek Naukowego Komitetu Doradczego konferencji 2nd Jagiellonian Symposium on Fundamental and Applied Subatomic Physics 2017 W. Dąbrowski Member of the Central Commission for Degrees and Titles, Section V - Mathematical, Physical, Chemical and Earth Sciences ( ) Member of the Consortium Council of the National Centre for Hadron Radiotherapy Member of the editorial board of the Journal of Instrumentation Representative of AGH-UST in the Scientific Committee of the Scientific-Industrial Consortium ELA-MAT Podkarpackie Representative of the Polish groups (AGH- UST, Jagiellonian University, and Institute of Nuclear Physics PAS) in the Upgrade Advisory Board of the ATLAS collaboration Członek Centralnej Komisji ds. Stopni i Tytułów Naukowych, Sekcja V - Nauk Matematycznych Fizycznych, Chenicznych i Nauk o Ziemi ( ) Członek Rady Zarządzającej Narodowego Centrum Radioterapii Hadronowej Członek komitetu redakcyjnego czasopisma Journal of Instrumentation Reprezentant AGH w Komitecie Naukowym Konsorcjum Naukowo-Przemysłowego ELA-MAT Podkarpackie Reprezentant polskich grup (WFiIS AGH, UJ, IFJ PAN) w komitecie doradczym do modernizacji eksperymentu ATLAS

65 65 T. Bołd Coordinator of Heavy Ion Trigger Menu Forum of the ATLAS experiment, CERN Member of Trigger/DAQ Institute Board in ATLAS experiment, CERN Coordinator of TDAQ Software Upgrade of the ATLAS experiment ATLAS Trigger DAQ speakers committee member Koordynator systemu wyzwalania dla danych ciężko-jonowych w eksperymencie ATLAS, CERN Reprezentant WFiIS w komitecie Trigger/DAQ eksperymentu ATLAS, CERN Koordynator zespołu TDAQ Software Upgrade w eksperymencie ATLAS Członek komitetu koordynującego wystąpienia konferencyjne dotyczące systemu wyzwalania i akwizycji danych eksperymentu ATLAS M. Idzik Deputy Coordinator of FCAL (International Collaboration for Forward Detectors in future Linear Collider ILC/CLIC) Coordinator of the SALT readout ASIC development for LHCb Upgrade Upstream Trackere Zastępca Koordynatora międzynarodowej współpracy FCAL (Forward Detectors in Future Linear Colliders ILC/CLIC) Koordynator projektu układu odczytu SALT dla LHCb Upstream Tracker B. Mindur Team leader of Kraków RD51 group at CERN. Member of TRT Institute Board in ATLAS experiment at CERN Koordynator grupy Krakówskiej w ramach współpracy RD51 w CERN Reprezentant WFiIS w komitecie TRT eksperymentu ATLAS w CERN

66 66 I. Grabowska-Bołd Representative of AGH-UST and Jagellonian University in Collaboration Board of the ATLAS experiment at CERN Coordinator of Heavy Ion Working Group of the ATLAS experiment ( ) Reprezentant WFiIS AGH-UST/UJ w Radzie Współpracy ATLAS w CERN Koordynator Grupy Fizyki Ciężkich Jonów eksperymentu ATLAS ( ) T. Szumlak Honorary Fellowship position with School of Physics and Astronomy - University of Glasgow ( ) Honorary Fellowship position in the School of Physics and Astronomy - University of Manchester ( ) LHCb VELO Software Project leader ( ) The Kraków VELO group leader ( ) LHCb Upgrade Coordinator for Poland ( present) Member of the LHCb Collaboration Board ( present) Member of the LHCb Speakers Bureau ( present) Honorowy członek kolegium Szkoły Fizyki i Astronomii Uniwersytetu w Glasgow ( ) Honorowy członek kolegium Szkoły Fizyki i Astronomii Uniwersytetu w Manchester ( ) Koordynator oprogramowania grupy LHCb VELO. Koordynator krakowskiej grupy LHCb oraz VELO (VErtex LOcator) Koordynator modernizacji eksperymentu LHCb w Polsce Członek panelu koordynującego eksperyment LHCb (LHCb Collaboration Board) Członek panelu odpowiedzialnego za przygotowanie wystąpień konferencyjnych współpracy LHCb (LHCb Speakers Bureau) A. Obłąkowska-Mucha Coordinator of the AGH RD50 group Koordynator krakowskiej grupy współpracy RD 50

67 67 L. Adamczyk Convener of the software, simulation and integration group of ATLAS AFP project Member of ATLAS AFP project Management Board Physics convener of the ATLAS Forward Detector subsystem Kordynator zespołu dyfrakcyjnych analiz z wykorzystaniem pomiaru protonów rozproszonych pod bardzo małymi katami w eksperymencie ATLAS Koordynator zespołu odpowiedzialnego za oprogramowanie i symulacje w projekcie AFP eksperymentu ATLAS Członek zarządu projektu AFP we współpracy ATLAS M. Przybycień Representative of AGH-UST and Jagiellonian University in Collaboration Board of the ZEUS experiment at DESY Representative of AGH UST in the Council of the STAR experiment at BNL Representative of AGH UST in the Institutional Board of the Electron-Ion Collider User Group Reprezentant WFiIS AGH-UST/UJ w Radzie Współpracy ZEUS w DESY Representative of AGH UST in the Council of the STAR experiment at BNL Representative of AGH UST in the Institutional Board of the Electron-Ion Collider User Group G. Gach Coordinator of the ALFA data preparation of the ATLAS experiment AFP software deputy coordinator AFP data preparation coordinator Koordynator przygotowania danych z detektora ALFA w eksperymencie ATLAS Zastępca koordynatora zespłu odpowiedzialnego za oprogramowanie w projekcie AFP eksperymentu ATLAS Koordynator przygotowania danych w projekcie AFP eksperymentu ATLAS

68 68 Department of Applied Nuclear Physics Katedra Zastosowań Fizyki Jądrowej Head prof. dr hab. Piotr Bożek, full professor Environmental Physics Group Zespół Fizyki Środowiska prof. dr hab. inż. Różański Kazimierz, full professor dr hab inż. Duliński Marek, associate professor dr hab inż. Zimnoch Mirosław, assistant professor dr hab inż. Przybyłowicz Wojciech, associate professor dr inż. Nęcki Jarosław, assistant professor dr inż. Wachniew Przemysław, assistant professor dr Bolewski Andrzej, assistant professor dr inż. Ciechanowski Marek, assistant professor dr inż. Nowak Jakub, teaching assistant dr inż. Bartyzel Jakub, teaching assistant dr inż. Michał Gałkowski, teaching assistant dr inż. Gorczyca Zbigniew, teaching assistant dr inż. Jodłowski Paweł, teaching assistant dr inż. Marcin Kapusta mgr inż. Marzec Michał Robert Czub Wróblewski Ryszard Physics of Strongly Interacting Systems Group Zespół Fizyki Układów Silnie Oddziałujących prof. dr hab. Bożek Piotr, full professor

69 69 dr hab. Bzdak Adam, associate professor dr Czapliński Wilhelm, assistant professor dr Sandeep Chatterjee, teaching assistant Profile Department of Applied Nuclear Physics (DANP) is composed of two groups: (i) Environmental Physics Group and (ii) Physics of Strongly Interacting Systems Group. Research activities of DANP cover selected topics of nuclear physics and their applications in areas such as environmental sciences, material sciences as well as industrial applications of nuclear methodologies. DANP is active also in fundamental research related to properties and dynamics of many-body systems in connection to experiments at the LHC and RHIC. Moreover, DANP is strongly involved in teaching in the framework of the disciplines of Technical Physics, Medical Physics and Applied Informatics, being offered by the Faculty at B.Sc. and M.Sc. level. Katedra Zastosowań Fizyki Jądrowej składa się z dwóch zespołów badawczych: (i) Zespołu Fizyki Środowiska, oraz (iii) Zespołu Fizyki Układów Silnie Oddziałujących. Badania naukowe prowadzone w Katedrze obejmują wybrane zagadnienia fizyki jądrowej w kontekście jej zastosowań w naukach o środowisku, naukach o materiałach, a także obejmują przemysłowe zastosowania metod jądrowych. Ponadto, w Zespole Układów Silnie Oddziałujących prowadzone są badania podstawowe dotyczące dynamiki układów silnie oddziałujących w powiązaniu z eksperymentami prowadzonami na akceleratorach LHC i RHIC. Katedra i jej zespoły są silnie zaangażowane w dydaktykę specjalistyczną prowadzoną na Wydziale ramach kierunku Fizyka Techniczna, Fizyka Medyczna oraz Informatyka Stosowana, na obu stopniach studiów.

70 70 Major instrumentation: electrolytic enrichment system for lowlevel tritium assay in natural waters, analytical systems for determination of trace gas concentrations in the atmosphere, analytical system to measure fluxes of trace gases exchanged between the atmosphere and the ground surface analytical systems for determination of stable isotope ratios of light elements (H, C, O, N) in environmental materials, liquid scintillation spectrometers for measurements of low-level activities of selected radionuclides ( 3 H, 14 C, 90 Sr, 210 Pb, 222 Rn, isotopes of uranium, thorium and radium) in environmental materials, low-level gamma spectrometry for measurements of low-level activities of selected radionuclides in environmental materials, Analytical set-up for measuring neutron parameters of materials. Ważniejsza aparatura naukowa będąca w posiadaniu Katedry: aparatura do elektrolitycznego wzbogacania prób wody w tryt; systemy analityczne do pomiaru gazów śladowych w atmosferze; system analityczny do pomiaru strumieni gazów śladowych wymienianych miedzy atmosferą i powierzchnią ziemi; systemy analityczne do pomiaru stosunków izotopowych pierwiastków lekkich (H, C, O, N) w różnych matrycach; system do pomiaru aktywności naturalnych i sztucznych nuklidów gammapromieniotwórczych w próbkach stałych i ciekłych z wykorzystaniem spektrometrii gamma; spektrometry ciekło-scyntylacyjne do pomiarów niskich aktywności izotopów promieniotwórczych ( 3 H, 14 C, 90 Sr, 210 Pb, 222 Rn, izotopy uranu, toru i radu); stanowisko pomiarowe do pomiarów parametrów neutronowych materiałów.

71 71 Achievements / Osiągnięcia Model decsription of transverse momentum fluctuations in relativistic heavy-ion collisions Initialization of routine measurements of full isotopic composition of water (isotope ratios: 2H/1H, 18O/16O and 17O/16O)with the aid laser spectrometry New approach to quantifying groundwater dependence of peatlands with the aid of distributed isotope mass balance Applications of isotope tracers (nitrogen and oxygen isotope composition of nitrates, isotopic composition of boron) to pollution source apportionment in groundwaters and surface waters Opis fluktuacji średniego pędu poprzecznego w relatywistycznych zderzeniach jądrowych Uruchomienie rutynowych pomiarów pełnego składu izotopowego wody (stosunki izotopowe 2H/1H, 18O/16O oraz 17O/16O) z wykorzystaniem spektrometrii laserowej Zaproponowanie nowej metody określania stopnia zależności torfowisk od wód podziemnych z wykorzystaniem rozproszonego bilansu izotopowego Wykorzystanie znaczników izotopowych (skład izotopowy azotu i tlenu w azotanach, skład izotopowy boru) do określania pochodzenia zanieczyszczeń w wodach podziemnych i powierzchniowych Activity / Działalność organizacyjna P.Bożek Member of Committee of Physics, Polish Academy of Science. Członek Komitetu Fizyki Polskiej Akademii Nauk

72 72 K. Różański Member of the Polish National Committee, International Geosphere and Biosphere Programme of the International Council for Science, Polish Academy of Science. Member of the Editorial Board of the journal Isotopes in Environmental and Health Studies (since 2000) Vice-chairman of the Society of Research on Environmental Changes GEOSPHERE Member of the Council of School of Environment Protection and Engineering, AGH University Chair of Disciplinary Commission for Academic and Research Staff at AGH University Członek Polskiego Komitetu ds. Współpracy z Międzynarodowym Programem Badań Geosfery i Biosfery Międzynarodowego Komitetu Nauki, przy Prezydium Polskiej Akademii Nauk Członek komitetu redakcyjnego czasopisma Isotopes in Environmental and Health Studies (od 2000 roku) Vice-prezes Towarzystwa Badania Przemian Środowiska GEOSFERA Członek Rady Szkoły Ochrony i Inżynierii Środowiska im. Walerego Goetla AGH Przewodniczący Komisji Dyscyplinarnej ds. Nauczycieli Akademickich AGH

73 73 PhD students / Doktoranci Name Year Supervisor Bała Sławomir 1 dr hab. inz. Joanna Chwiej Gilarska Adriana 1 prof. dr hab. Czesław Kapusta Gołaszewski Grzegorz 1 prof dr hab. inż Piotr Kulczycki Gołąb Sylwia 1 prof dr hab. inż. Janusz Toboła Gumieniczek-Chłopek Elżbieta 1 prof. dr hab. Czesław Kapusta Gutowski Paweł 1 dr hab. Adam Bzdak Janas Krzysztof 1 prof dr hab. inż. Mariusz Przybycień Kołaczek Damian 1 dr hab. inż. Bartłomiej Spisak Kasper Kaja 1 dr hab. inż Magdalena Szczerbowska-Boruchowska Kopciewicz Paweł 1 dr hab. inż. Tomasz Szumlak Krupa Wojciech 1 dr hab. inż. Tomasz Szumlak Krysiak Sonia 1 prof. dr hab. Kvetoslava Burda Kulinowski Karol 1 dr hab. inż. Bartłomiej Spisak Łach Bartłomiej 1 prof. dr hab. inż. Władysław Dąbrowski Łakomiec Inga 1 prof dr hab. inż. Mariusz Przybycień Maćkosz Krzysztof 1 dr hab. inż. Marcin Sikora Nowak Kamil 1 prof. dr hab. inż. Marek Przybylski Ogrodnik Agnieszka 1 dr hab. inż. Iwona Grabowska-Bołd Oponowicz Adrian 1 prof.dr hab. inż. Andrzej Baczmański Prorok Dominik 1 prof. dr hab. Anatolij Prykarpatski Przyczyna Dawid 1 prof. dr hab. inż. Marek Przybylski Przetocki Mateusz 1 prof. dr hab. Kvetoslava Burda Rzeszotarski Bartłomiej 1 prof. dr hab. inż. Bartłomiej Szafran Sekuła Piotr 1 dr hab. inż. Mirosław Zimnoch Stanisavljevic Mila 1 dr hab. inż. Mirosław Zimnoch Trela Agnieszka 1 dr hab. Renata Szymańska Trzpil-Jurgielewicz Beata 1 prof dr hab. inż. Władysław Dąbrowski Wirecka Roma 1 dr hab. inż. Andrzej Bernasik Wit Adrian 1 dr hab. inż. Jacek Tarasiuk Wojtas Daniel 1 prof. dr hab. inż. Krzysztof Wierzbanowski Zarzecka Anna 1 dr hab. Łukasz Gondek Paszcza Paweł 1 dr hab. Zenon Matuszak Biało Izabela 2 prof. dr hab. inż. Andrzej Kozłowski Chudyba Monika 2 prof. dr hab. inż. Władysław Dąbrowski Jurczyk Jakub 2 prof. dr hab. Czesław Kapusta Leśnicki Jan 2 prof. dr hab. Stanisław Bednarek Majewski Witold 2 dr hab. inż. Tomasz Szumlak Michoń Dagmara 2 prof. dr hab. inż. Tadeusz Pisarkiewicz prof. dr hab. Kvetoslava Burda

74 74 Pierchała Anna 2 prof. dr hab. inż. Kazimierz Różański Pitala Krzysztof 2 dr hab. inż. Marcin Sikora Rybski Michał 2 prof. dr hab. inż. Janusz Toboła Suchecki Maciej 2 prof. dr hab. Konrad Szaciłowski Zawal Piotr 2 prof. dr hab. Konrad Szaciłowski Bugański Ireneusz 3 prof. dr hab. Janusz Wolny Chęciński Jakub 3 prof. dr hab. Tomasz Stobiecki Gorokh Vladimir 3 prof. dr hab. Konrad Szaciłowski Janus Piotr 3 prof. dr hab. inż. Mariusz Przybycień Jarosiński Łukasz 3 prof. dr hab. inż. Marek Przybylski Jasiewicz Kinga 3 prof. dr hab. inż. Janusz Toboła Kołodziej Karolina 3 prof. dr hab. inż. Władysław Dąbrowski Kozik Tomasz 3 prof. dr hab. inż. Wojciech Łużny Krauze Daria 3 prof. dr hab. inż. Marek Lankosz Kremer Jakub 3 dr hab. inż. Iwona Grabowska-Bołd Kuciakowski Juliusz 3 dr hab. inż. Marcin Sikora Pawlak Jakub 3 prof. dr hab. inż. Marek Przybylski Borkowski Karol 4 prof. dr hab. Henryk Figiel Bugiel Szymon 4 prof. dr hab. inż. Marek Idzik Bugiel Roma 4 prof. dr hab. inż. Marek Idzik Ciołek Gabriel 4 prof. dr hab. Szymon Peszat Dendek Adam 4 dr hab. inż.. Tomasz Szumlak Dróżdż Piotr 4 dr hab. Tomasz Ślęzak Fulek Łukasz 4 prof. dr hab. inż. Mariusz Przybycień Goc Kamil 4 prof. dr hab. Czesław Kapusta Górski Michał 4 prof. dr hab. Stanisław Bednarek Grzelak Maria 4 prof. dr hab. inż. Marek Lankosz Prendota Witold 4 prof. dr hab. Czesław Kapusta Sikora Rafał 4 prof. dr hab. inż. Mariusz Przybycień Skoczeń Agnieszka 4 dr hab. inż. Joanna Chwiej Skowron Grzegorz 4 prof. dr hab. Stanisław Bendarek Szypulska Małgorzata 4 prof. dr hab. inż. Władysław Dąbrowski Duong Van Hao (stypendysta UNESCO) 4 dr hab. inż. Chau Nguyen Dinh Buczkowski Mateusz 5 prof. dr hab. inż. Khalid Saeed Zięba Damian 5 prof. dr hab. inż. Kazimierz Różański Chodyń Maciej 6 prof. dr hab. Janusz Wolny Giebułtowski Marek 6 dr hab. Marek Woch Kamiński Jakub 6 dr hab. inż. Jacek Tarasiuk Matlak Barbara 6 dr hab. Tomasz Ślęzak Strączek Tomasz 6 prof. dr hab. Czesław Kapusta Wach Elżbieta 6 prof. dr hab. inż. Bartłomiej Szafran

75 Selected Results 75

76 76 55 Mn NMR observation of colossal magnetoresistance effect in Sm 0.55 Sr 0.45 MnO 3. J. M. Michalik, D. Rybicki, Z. Tarnawski and Cz. Kapusta AGH University of Science and Technology, Kraków, Poland Faculty of Physics and Applied Computer Science Department of Solid State Physics, in collaboration with J. M. De Teresa and M. R. Ibarra Departamento de Física de la Materia Condensada, Universidad de Zaragoza, Zaragoza, Spain Laboratorio de Microscopías Avanzadas (LMA), Insituto de Nanociencia de Aragón (INA), Universidad de Zaragoza, Zaragoza, Spain M. Sikora AGH University of Science and Technology, Academic Centre for Materials and Nanotechnology, Kraków, Poland Studies on the mechanisms responsible for the colossal magnetoresistance (CMR) have been a hot topic in the magnetism of perovskite manganites. [1-4] The CMR effect occurs by application of magnetic field, which can either melt long-range charge/orbital ordered ground state [5, 6] or increase the abundance ratio of long-range ferromagnetic metallic (FMM) over insulating long-range charge/orbitally ordered domains. [5, 7] Recently thin films based on different manganites are studied due to their possible application in spin filtering devices. For the study of the microscopic origin of the CMR effect the NMR method was used. It allows the study of the properties of magnetic materials at the microscopic level via hyperfine interactions. The hyperfine fields probed by the resonant response of nuclear magnetic moments at individual atomic sites, provide information on the local magnetic states. Resonance occurs at a frequency ν when 2πν=(γB e, where (γ is the gyromagnetic ratio (γ/2π=10.553mhzt 1 for 55 Mn) and B e is the effective internal magnetic field, arising mainly from hyperfine interactions. In zero field NMR the effective field at nucleus is approximately equal to the hyperfine field B hf, which in turn is proportional to the magnetic moment of the parent atom. To measure spectra a two-pulse sequence was used and the spin echo signal was plotted versus frequency.zero field 55 Mn NMR measurements were carried out at temperatures below and above the transition temperature (between 4K and 139K). Above T C measurements at the applied external magnetic field have been performed as well. In Figure 1 (left panel) a set of spectra measured at different temperatures along with fits of the data is presented. Despite a mixed valence of Mn in the compound a single peak is observed. This is due to DE interaction confirming presence of FMM clusters in the material not only below T C but also at 139K, i.e. 14K above T C. At 139K, application of a field of 1T enhances the intensity of the DE peak at least thirty times with respect to zero field state and at 2T the increase is even larger. Therefore, we conclude that application of magnetic field increases either the number FMM clusters

77 or their volume, both effects leading to a percolation of those regions. As our NMR study shows, for the Sm 0.55 Sr 0.45 MnO 3 compound studied, the applied magnetic field reinforces the percolation of FMM regions already in the paramagnetic regime, which is revealed to be a microscopic mechanism of the magnetic field induced insulator-to-metal transition. 77 Left panel: Normalized NMR spectra (displaced for clarity) measured at different temperatures and at zero field (solid lines are Gaussian fits of the experimental data). Right Panel: Temperature dependence of the magnetization M (solid lines), the intensity of the DE line (open circles) and the effective magnetic field Be normalized at 4.2K (in the inset) AKNOWLEDGEMENTS: This research was supported by the Polish Ministry of Science and Higher Education (MNiSzW). REFERENCES [1] J. M. Michalik, D. Rybicki, Z. Tarnawski, M. Sikora, J. M. De Teresa, M. R. Ibarra and Cz. Kapusta, Journal of Physics Condensed Matter 29, (2017)

78 78 QUANTIFICATION OF SELECTED ELEMENTS IN OVARIAN TUMORS AND THEIR POTENTIALS AS A TISSUE CLASSIFIER M. LANKOSZ, M. GRZELAK, P. WRÓBEL, M. BRZYSZCZYK AGH University of Science and Technology, Kraków, Poland Faculty of Physics and Applied Computer Science Department of Medical Physics and Biophysics, in collaboration with L. CHMURA D. ADAMEK Chair of Pathomorphology, Faculty of Medicine, Jagiellonian University, Grzegórzecka 16, Krakow, Poland R. JACH Department of Gynecology and Oncology, Jagiellonian University Medical College, Kopernika 23, Krakow, Poland Introduction Ovarian surface epithelial tumours are a heterogenic group of neoplasms in which a wide spectrum of the clinical behavior can be seen. Histopathological scope of these tumours ranges from the benign cystic tumours up to the overt malignant high-grade carcinomas. Carcinogenesis of the above is a multistep process in which varied genetic pathways can be triggered. Because of this, there is a certain amount of controversy whether this group represents a biological continuum of increasing malignancy or rather it reflects dissimilar neoplastic pathways, that notwithstanding result in somewhat convergent processes. Current view is that low grade carcinomas stem from a different precursor than the high-grade ones do - benign and borderline neoplasms in case of the former and fimbrial Fallopian tube precursor in the latter[1]. This raises the question of possible molecular or elemental differences between various ovarian tumours and because of that, necessitates appropriate investigations. The study was attempted to answer the question whether the concentrations of minorand trace elements in the malignant tissues would be used for differentiation and/or classification (diagnosis) of ovarian tumours [2]. Materials and methods The samples channeled to the elemental micro-imaging were taken intraoperatively from the ovarian tumours of different types. Primarily the samples were used for provisional intraoperational diagnostic evaluation, after which a subsequent microtome sections were taken to map the distribution of chemical elements. Samples for the first purpose were cryo-sectioned to a thickness of 5 µm and stained with hematoxylin-eosin and then subjected to histological examination to identify the type and possible malignancy of the tumour. An adjacent sample of tissue was cut to a thickness of 20 µm and then placed on X-ray-transparent Ultralene foil, stretched on a polymer disc. Next the slide was dried at a C temperature. Among

79 the analyzed samples, there were tumours of different biological behavior (benign, borderline tumour, malignant and control tissue). The micro-beam XRF measurements of experimental sections were performed at the beamline FLUO of ANKA synchrotron light source, Karlsruhe, Germany. Results and discussions The maps of the elemental distribution of the elements were drawn. Significant amounts of elements such as P, S, Cl, K, Ca, Fe, Cu, Zn, Br and Rb were present in all neoplastic tissues analyzed. There were also small amounts of Ti, Cr, Mn, Ni, and Pb. The maps show significant diversifications in elemental distributions depending on the structure of tissue. It was found, that for the borderline tumour Cu is mainly located in the neoplastic cells. The obtained results reveal the differences in the concentrations of elements in tissues representing various type of ovarian cancers and control tissue. The results show that the differences in the concentration of trace elements can be used to distinguish various histopathological types of cancers. To verify the statistical significance of the differences in the elemental composition of various tumour types the Kruskal-Wallis test H was applied. Based on the values of the Kruskal-Wallis test it was found that the elements of the greatest importance in distinguishing between types of ovarian tumours are Ca, Fe, Mn, S, P, Se and Zn. Graphical interpretation of the statistical evaluation was presented in Figs. 1 for Zn in relation to the type of ovarian tumour. Statistically significant differences were found in Zn mass fractions between the control sample and the tumours tissue, distinguishing separately benign, borderline, entirely malignant ( Cancer ) and also separately tumour stromal samples. 79 Figure 1. Mean concentrations of Zn (µg/cm 2 ) in various types of biological behaviour of ovarian tumours and control tissues. Error bars represent ± one standard deviation of uncertainty. The Multiple Discriminant Analysis was applied to distinguish the ovarian tissue samples

80 80 by their elemental content. In statistical analysis all the quantified elements, i.e. Br, Ca, Cl, Cu, Fe, K, Mn, P, Rb, S, Se, Sr, Zn were considered. Elements that make it possible to distinguish between various types of cancers were identified using a forward stepwise procedure in which elements with the highest discrimination power are added to the model in a stepwise manner. All the variables were included in the final model. As a result of this analysis, discrimination functions were obtained which are linear combinations of mass deposits per unit area of the elements considered in the model. From all the obtained functions, we selected those which offered the best differentiation between samples representing different types of tumour biological behavior. Concentrations of elements are represented in the formulae by their symbols: D1 = 2.498K S Cl 0.596F e (1) D2 = 2.673S 2.952Cl Br Rb 0.690Zn (2) Noteworthy is that for the first discrimination function Fe, Cl, S and K are dominant, whereas for the second Zn, Rb, Br, Cl and S. The great significance of transition trace elements (Fe, Zn) for distinguishing between tumour types strongly suggests and emphasizes their role in neoplastic processes. In Fig. 2 the pixels in the maps of the studied tissues used in MDA are represented by points. It can be noticed that the groups of points representing the same type of tumour are clearly separated. Figure 2. The scatter plot of observations in the space of discriminant variables for different types of ovarian cancer. Conclusions This work assessed the possibility to distinguish basic ovarian tumour types with regard of their elemental composition. The results presented here show that the XRF method has

81 much greater potential for the classification of samples due to its higher sensitivity to high-z elements. The results could be another step towards developing methods for identification of tumours that are complementary to histopathological examination. REFERENCES [1] Kurman RJ, Shih IM. The origin and pathogenesis of epithelial ovarian cancer: a proposed unifying theory, Am J Surg Pathol. 2010, 34, [2] L. Chmura, M. Grzelak, M. Czyzycki, P. Wrobel, M. Brzyszczyk, R. Jach, D. Adamek, M. Lankosz, Quantification of selected elements in ovarian tumors and their potentials as a tissue classifier, Journal of Physiology and Pharmacology, 68, 5 (2017) xx-xx. 81

82 82 Fouling resistant marine coatings: examinations of the metal toxicity to algae and cyanobacteria A.Orzechowska, Anna Czaderna*, K. Burda AGH University of Science and Technology, Kraków, Poland Faculty of Physics and Applied Computer Science Department of Medical Physics and Biophysics, *Lodz University of Technology, Poland Department of Molecular Physics in collaboration with Martin Trtílek Photon Systems Instruments, Spol. s.r.o. Drásov,Czech Republic Wiesław Knap AGH University of Science and Technology, Kraków, Poland Faculty of Geology, Geophysics and Environmental Protection Department of Hydrogeology and Geological Engineering Biofouling generally refers to the undesirable accumulation of biological organisms on surfaces in contact with water [1]. In this work, we investigate the toxicity affecting living cultures of green alga Chlamydomonas reinhardtii exposed to coatings having antifouling application in boat hulls and immersed structures. Such coatings are commonly used to reduce the growth and colonization of micro and macroorganisms which are responsibe for a decrease a boat speed and an increase a fuel consumption. Antifouling paints consist of polymeric films, made of mostly acrylic and styrenic monomers and contain a copper or zinc as the active elements. Microalgae is known to represent convenient models for studying the toxicity of metals. They present a high superficial area of contact in relation to their volume, which amplify its exposition to the toxicant studied [2]. Chlamydomonas reinhardtii is a unicellular freshwater green microalga that meets the above requirement and has a rapid time of adaptation and reproduction therefore it was chosen as a model microorganism in this study. The main objective of our report was to demonstrate whether or not applied antifouling coatings (paints) are potentially toxic to algal cells. The response of Chlamydomonas reinhardtii to antifouling paints was reported as a F V /F M parameters (maximum quantum yield Φ P SII of photosystem II). Cells were cultivated in bath culture in Multi-Cultivator MC1000 (P hoton Systems Instruments, Czech Republic) in Bold s basal medium (BBM) at C. The light intensity was 100 µmol of photons m 2 s 1. Cultures were exposed to marine coatings provided by P P G Coatings (Netherlands) containing different heavy metals concentrations. We

83 examined two different groups of marine coatings provided by manufacturer: J- toxic and A-potentially non-toxic (Fig.1a). The J and A coatings were represented by 8 and 6 coatings, respectively, and differed from each other in the concentrations of heavy metals (Fig.1b). Coatings were incubated in algal cultures during first 30 hours to detect the process in the very early stage of fouling. 83 Figure 1. The PPG coatings after incubation in algae culture of Chlamydomonas r (a) and metal concentration after incubation in algal suspension (b). Left side: potentially non toxic paints, right side: toxic paints. The maximum quantum yield of photosystem II (Φ P SII ) was measured using a hand-held spectrometer Aqua-Pen AP-100 (P hoton Systems Instruments, Czech Republic). This parameter may serve as an indicator of stress experienced by (micro)algae and is often used for evaluating toxicity of substances towards them [3]. It was measured after incubation with marine coatings at time intervals of 15 minutes up to 30 hours. The obtained results

84 84 show that J- coatings reveal more toxic effect toward Chlamydomonas r than A-coatings, especially in the first hour of incubation. Interestingly, the photosynthetic activity of algae exposed to less toxic paints recovers within 1.5 h whereas in the case of algae incubated in the presence of more toxic paints within 9 h. However, in the latter case the recovered photosynthetic efficiency does not exceed 70-80% of the control sample. Our observations indicate copper as the most toxic element in the investigated coatings. More detailed discussion is presented in the forthcoming article. REFERENCES [1] Nurioglu A.G., Esteves A.C., de With G., 2015, J. Mater. Chem. B. 3, [2] Saison C., Perreault F., Daigle J.C., Fortin C., Claverie J., Morin M., Popovic R., 2010, Aquat.Toxicol.,96, [3] Cid A., Herrero C., Torres E., Abalde J., 1995, Aquat. Toxicol,31, [4] Carteau D., Vallée-Réhel K., Linossier I., Quiniou F., Davy R.,Compère C., Delbury M., Faÿ F., 2014, Prog. In Organ. Coat. 77,

85 Sensitivity analysis of bilirubin kinetics model parameters for extracorporeal liver therapy purposes A. JUNG AGH University of Science and Technology, Kraków, Poland Faculty of Physics and Applied Computer Science Department of Medical Physics and Biophysics, 85 Background Compartment models are common tool applied for analysis of substance kinetics during extracorporeal liver support (ELS) therapy [1,2,3]. Currently, two-compartment conjugated bilirubin kinetics model is the one best described and most useful for clinical purposes. As the solution of the model depends on its structure, parameters, and initial conditions, it is of high importance to investigate the sensitivity of the parameters used. Typically, it is done by varying each parameter and recording the change in the results, what was previously described for compartment models applied in hemodialysis and presented in [4,5]. However similar results have not been published in the field of ELS therapy. The main purpose of the study was to analyze the sensitivity of parameters of the two-compartment model for estimating conjugated bilirubin kinetics during ELS and to determine the parameters having the most influence on the model output. Materials and methods A stable-volume two-compartment model of conjugated bilirubin kinetics during ELS treatments and inter-treatment periods was adopted for further calculations. The model is schematically presented in Figure 1. Model assumptions and identification procedure based on the experimental data were presented in details in [2]. Figure 1. Stable-volume two-compartment model for conjugated bilirubin kinetics description during ELS, V p peripheral compartment [l], V c central compartment [l], c c central bilirubin concentration [mg/dl], c p peripheral bilirubin concentration [mg/dl], K pc - intercompartmental clearance [ml/min], G bilirubin generation [mg/min], K extracorporeal clearance [ml/min], K r residual clearance [ml/min].

86 86 Equations describing the model are following: V c dc c dt = G + K pc(c p c c ) (K + K r )c c (1) V p dc p dt = K pc(c p c c ) (2) where abbreviations as in Figure 1. Three sets of parameters were used for the sensitivity analysis: average values of parameters, values of parameters for the high bilirubin generation patient and values of parameters for the overhydrated patient [6]. The influence of model parameters changes on model output (central and peripheral concentration) was quantitatively examined. The sensitivity of each parameter was defined as the relative variation of an output due to the relative change in a parameter (0.01%) [6]. All presented results were normalized. Results and conclusions Example results of analysis of changes in bilirubin concentration with respect to each of the three parameters: G, K pc, and V based on the average values of parameters are presented in Figure 2. Figure 2. Local sensitivity for the conjugated bilirubin kinetics model. On the left side influence of parameters variations on central compartment concentration is presented, on the right side influence of parameters variations on peripheral compartment concentration is presented. The sensitivity with respect to G is negligible at the beginning of the treatment, then increases in an almost linear way after the treatment, and reaches its absolute maximum value at the end of the observed period of 24 hours. The sensitivity with respect to G is similar for the central and peripheral output. The sensitivities with respect to V and K pc reach their maxima during the treatment time. During treatments parameter V the most strongly affects bilirubin concentration. The sensitivity with respect to K pc is low and even negative. A more detailed analysis related to other values of parameters is presented in [6]. Analysis of the sensitivity of the model parameters and their influence on the model outcome is crucial for the proper clinical application of the model. A mathematical model with accu-

87 rate, well-matched parameters improves extracorporeal treatment adequacy. Such analysis has direct practical implications, e.g. it helps with planning clinical experiments because it facilitates selection of sampling times. The accuracy of the parameter estimation is best when the sampling time is selected near the peak values of the sensitivity. However, the results may vary between patients because acute chronic liver patients are usually unstable. In this case, the best solution is individual analysis. The analysis may be provided jointly for larger and more stable groups and then more general recommendations may be expressed. The investigations related to the application of compartmental modeling for extracorporeal liver therapy purposes are continued. 87 REFERENCES [1] Jung A, Krisper P, Schneditz D. Measures of efficiency in extracorporeal liver support systems. Rom J Hepatol. 2006;2:55-63 [2] Jung A, Krisper P, Haditsch B, et al. Bilirubin kinetic modeling for quantification of extracorporeal liver support. Blood purif. 2006; 24: [3] Jung A, Korohoda P, Krisper P, et al. Relationship between kinetics of albumin-bound bilirubin and water-soluble urea in extracorporeal blood purification.ndt. 2012; 27: [4] Grandi F, Avanzolini G, Cappello A. Sensitivity analysis for estimating urea kinetics parameters during hemodialysis. Med Eng Phys. 1995; 17: [5] Korohoda P, Analiza wrażliwościowa wyznaczanego optymalizacyjnie klirensu komórkowego w modelu dwuprzedziałowym, Automatyka 2006; 10:63-9 [6] Jung A. Sensitivity Analysis Of Two-Compartment Model Parameters For Extracorporeal Liver Therapy Purposes, Advances In Intelligent Systems And Computing 2017; 647:

88 88 Magnetic phase diagram in the H-T plane for the C14 Laves phase compound Nb Fe S. M. Dubiel AGH University of Science and Technology, Kraków, Poland Faculty of Physics and Applied Computer Science Department of Medical Physics and Biophysics, in collaboration with M. Bałanda Institute of Nuclear Physics, Polish Academy of Science, PL Kraków 1. Introduction. The C14 hexagonal Nb 1 x Fe 2+x compounds known as Laves phases or Frank-Kasper (ɛ, ρ or λ) phases exhibit peculiar magnetic properties. Despite they have been studied since three decades no clear-cut picture concerning the magnetism of these compounds has emerged. Crook and Cywinski proposed a magnetic phase diagram for the system in the compositional range x 0.04, according to which the AF phase exists in the close vicinity of x=0 and the Néel temperature ranges between 10 K (x ) and 27K (x 0.008), while the magnetic ground state is a mixture of AF and FM phases [1]. The most recent version of the magnetic phase diagram [2] only partially agrees with the one outlined in [1]. The most significant difference exists for the x-range close to zero where, according to Crook and Cywinski, the AF and FM phases coexist, whereas according to the authors of Ref. 2 the two FM phases are separated by a paramagnetic phase with a quantum critical point located at x , and a spin-density waves phase existing between x at T=0K. In disagreement with both phase diagrams is a ferrimagnetic ordering recently suggested for an Nb Fe compound based on spin-dependent Compton scattering study supported by ab initio electronic structure calculations [3]. Motivated by this unclear situation we carried out magnetization and AC magnetic susceptibility measurements on a Nb Fe sample as a function of magnetic field and frequency 2. Experimental 2.1. Magnetic measurements Magnetic measurements were performed on a bulk sample in a MPMS XL SQUID magnetometer. Series of zero-field cooled (ZFC) and field-cooled (FC) magnetization temperature dependences, M ZF C (T) and M F C (T), were recorded on heating at several values of the applied magnetic field, H. Isothermal magnetization curves, M(H), up to the field of 70 koe were measured at 2 K, 5 K, 50 K, 80 K and 110 K. Magnetic hysteresis loops were recorded in the temperature interval between 2 K and 50 K over the field range of ± 10 koe. Both real, χ, and imaginary, χ, components of the AC magnetic susceptibility, χ = χ - iχ, were registered as a function of increasing temperature in the interval of 2 K K at the frequencies of the oscillating field, f, from 3 Hz up to 999 Hz and the amplitude of 2 Oe.

89 An influence of the external DC magnetic field on the temperature dependence of χ was investigated, too. 3. Results 3.1. M(T) and AC susceptibility curves A set of M F C (T) and M ZF C (T) curves measured in various applied magnetic fields is shown in Fig. 1. The measured M(T)-curves clearly exhibit a bifurcation effect which is, among other, one of characteristic features of re-entrant spin-glasses (RSG). Three temperatures relevant to a construction of the magnetic phase diagram in the H-T plane were derived from these measurements viz. the magnetic ordering temperature (Curie point), T C, the irreversibility (bifurcation) temperature, T ir, and the cross-over temperature, T co. A bifurcation effect observed in Fig. 1 (left panel) testifies to irreversibility in the magnetic behavior, a feature characteristic, among other, of spin glasses (SGs). To shed more light on the issue AC magnetic susceptibility measurements vs. temperature and frequencies were carried out. Based on them various characteristics relevant to the SGs have been determined. In particular, a shift of the maximum in the AC susceptibility, T f, with frequency, f, regarded as a hallmark of SGs was considered. 89 Figure 1. (left) M F C (T) and M ZF C (T) curves measured in various applied magnetic fields shown, (right) Real (χ ) and imaginary (χ ) parts of AC susceptibilities recorded at various frequencies displayed. The relevant figure of merit, RST = T f /T f log f = 0.015, has a value characteristic of metallic SGs. Analysis of the data in terms of the Vogel-Fulcher law and the Tholence criterion support this finding The proposed magnetic phase diagram in the H-T plane

90 90 Figure 2. H-T magnetic phase diagram of Nb Fe constructed using the results of this study. The lines represent fits to the data in terms of equation T ir,co (H) = T ir,co (0) ah φ. Full text available at: REFERENCES [1] M. R. Crook and R. Cywinski, J. Magn. Magn. Mater., (1995) 71 [2] D. Moroni-Klementowicz, M. Brando, C. Albrecht et al., Phys. Rev. B, 79 (2009) [3] T. D. Haynes, I. Maskery, M. W. Butchers et al., Phys. Rev. B, 85 (2012)

91 91 The order-disorder evolution in quasicrystals through phason flips I. BUGAŃSKI, M. CHODYŃ, R. STRZAŁKA, J. WOLNY Faculty of Physics and Applied Computer Science, AGH University of Science and Technology, Kraków, Poland The problem of incorporating phason flips in the structural investigation of aperiodic systems is still an open question and a challenge in crystallography. Phasons are understood both as atomic fluctuation and positional disorder of the quasicrystalline lattice. We introduce the concept of a series expansion of the characteristic function of the statistical distribution to properly correct the peaks intensities with respect to phasonic fluctuations. Such approximation of the structure factor works correctly even in cases for which the Debye-Waller correction fails. The investigation of the atomic structure subjected to phason flips is performed in the statistical approach taking advantage of the concept of a distribution function of all atomic positions in the structure (average unit cell concept) [1]. The distribution, denoted as P (u) with u being the atomic positions measured with respect to some reference lattice, stores an important information about the arrangement of atoms and even phononic or phasonic disorder, which can be analyzed separately. The structure factor F for any vector k can be obtained from the P (u) distribution as its Fourier transform. Function F (k) can be also understood as the characteristic function of distribution P (u), which can be expanded into series with distribution moments as coefficients [2,3]. The distribution function is sensitive to disorder and so are coefficients in the series expansion. To retrieve full structural information from the diffraction pattern we can fit the characteristic function with a given number of distribution moments. It appears, that even small number of moments fitted (5-9) is generally enough to obtain satisfacting results. Figure 1. Distribution function of the Penrose tiling with phason flips. Constant value α = 0.3 for each kind of flip is kept. A phason flip can be understood as a rearrangement of structural units (tiles) [4,5]. For a model quasicrystalline structure given by the Penrose tiling, there are two types of tile arrangements occurring in ten orientations. The first configuration is composed of two thick rhombuses and one thin rhombus. The second one has two thin rhombuses and one thick rhombus. The distribution P (u) for the Penrose tiling consists of 4 pentagonal shapes in the

92 92 u-space. After a flip a prism with triangular base is cut out from the original distribution and shifted to subsequent pentagon. The volume of a cut part is again proportional to flip probability α (see Figure 9). We fit seven moments in the series expansion of the characteristic function to the diffraction pattern calculated along k y for the nodes of the Penrose tiling. For number of moments higher than 7 the improvement of fit was negligible. The fitting procedure was repeated for different amount of phason disorder. Results of the fitting procedure to theoretical diffraction pattern is presented in the Figure 10(left). As can be seen, the fit quality is independent from the flip probability. The same results are presented in Figure 10(right) for k x direction of the diffraction pattern for the Penrose tiling with arbitrary decoration of unit tiles with Al/Cu atoms. Figure 2. (left) Diffraction pattern of the Penrose tling with varying phason flip probability presented in the space of reduced scattering vector in the y direction (black circles: no flips, red squares: α = 0.3, blue triangles: α = 0.4). Seven moments are fitted in each case (black, red and blue line respectively). Full reconstruction of the diffraction pattern is achieved. (right) Diffraction pattern of the decorated Penrose tiling in the x direction. Circles represent data points from the model whereas vertical lines are data calculated numerically for the structure with atoms. In both plots the reduced scattering vector w i is calculated as w i = k 0 (n i τm 1 ) with τ = , k 0 being a length of a characteristic scattering vector chosen from the diffraction pattern, and n i, m i (i = {x, y}) are integer indexes. Figure 3. Tile configuration in (left) ideal Penrose tiling with no phason disorder, and (middle) disordered Penrose tiling after 150 iterations of phason flips with probability α = 0.1. (right) Distribution function of randomized Penrose tiling. Phasonic disorder can eventually lead to the random type of structure. It is known, that

93 the standard used Debye-Waller correction in a form of Gaussian exponent is physically justified for random tilings, and is not suitable for general cases [6,7]. The transition to the random tiling type of structure is obtained by consecutive introduction of phason flips at a constant (and low) rate α to atomic cluster of positions of the Penrose tiling. After repeating the procedure iteratively, the Gaussian shape of a distribution function is obtained, which suggests the loss of long-range atomic order. In the Figure 11 the structure after 150 iterations of flips with α = 0.1 is shown with its statistical distribution. The random tiling type is achieved rather quickly. REFERENCES [1] R. Strzałka, I. Bugański, J. Wolny, Crystals 6, (2016). [2] I. Bugański, R. Strzałka, J. Wolny, Phys. Status Solidi B 253, (2016). [3] I. Buganski, M. Chodyn, R. Strzalka, J. Wolny, J. All. Compds. 710, (2017). [4] M. de Boissieu, Philos. Mag. 88, (2008). [5] M. Engel, H.-R. Trebin, Philos. Mag. 88, (2008). [6] C. Henley, V. Elser, M. Mihalkovic, Z. Kristallogr. 216, 1-14 (2001). [7] J. Wolny, I. Buganski, P. Kuczera, R. Strzalka, J. Appl. Crystallogr. 49, (2016). 93

94 94 Imaging backscattering in graphene quantum point contacts A. Mreńca-Kolasińska, B. Szafran Faculty of Physics and Applied Computer Science, AGH University of Science and Technology, Kraków, Poland Quantum point contacts (QPC) are elementary building blocks of quantum transport devices for carrier injection and read-out with control over the quantized conductance. Transport phenomena for the current injected through QPCs are studied with the spatial resolution by the scanning gate microscopy (SGM) a technique in which a charged tip of the atomic force microscope perturbs the potential within the system with the 2DEG, induces the backscattering and alters the conductance. SGM for QPCs defined within the two-dimensional electron gas for heterostructures based on III-V semiconductors resolves interference of the incident and backscattered wave functions. In graphene, a strong tip potential induces formation of a local n-p junction instead of depletion of the electron gas as in III-V semiconductors. The n-p junctions in graphene are transparent for Fermi level electrons incident normally due to the Klein tunneling [1-5]. Nevertheless, we found [6] that the backscattering induced by the n-p junction formed by the tip induces a clear interference in SGM maps with a period of half the Fermi wavelength. (a) W (c) D in (b) pu t le ad R Figure 1. QPC etched out of graphene (a) and (b) built of patches of bilayer graphene. (c) Schematic drawing of the simulated scanning gate microscopy. The circle indicates the n-p junction for the tip potential equal to the V = EF. The light grey lines with the arrows indicate the open BCs introduced as leads. The electric blue blocks with the vertical arrows mark the additional leads used as a sink of currents to suppress backscattering by the corners. [Figure from A. Mreńca-Kolasińska and B. Szafran, Phys. Rev. B 96, (2017)] Figur 2. The current densities in the QPC formed by biased bilayer patches at EF = ev (a), within the energy gap of for bilayer patches that is (0.19,0.64) ev. In (b) EF = ev exceeds the bias and current flows across entire ribbon. [Figure from A. Mreńca-Kolasińska and B. Szafran, Phys. Rev. B 96, (2017)] We use the atomistic tight-binding Hamiltionian spanned by pz orbitals. For simulation of the SGM, we assume an effective potential of the tip with a Lorentzian form. For evaluation

95 95 Figure. 3 Conductance map as a function of the tip position for Fermi energy ev (a) and 0.37 ev (b). [Figure from A. Mreńca-Kolasińska and B. Szafran, Phys. Rev. B 96, (2017)] of the transmission probability, we use the wave function matching (WFM). We introduce open boundary conditions at the end of the computational box with virtual probes that are used to drain currents from the system and prevent backscattering. In this an infinite system is simulated. We studied the current constriction by graphene QPCs formed by a gap between two biased bilayer patches and by a narrowing of a graphene ribbon using an atomistic tight binding method and a Landauer approach. We considered conductance mapping as a function of a floating probe position. For this purpose open boundary conditions on the output side of the QPC were introduced in order to produce an image clean from backscattering by the edges and consequences of multiple Fermi wavelengths resulting from subband quantization. With the open boundary conditions simulating an infinite graphene plane at the output side of the QPC we found a clear interference pattern in the conductance map with the period of half the Fermi wavelength characteristic to the backscattering by the tip. The interference is only observed provided that the tip induces an n-p junction in graphene. The backscattering of the electron wave function that occurs by the circular tip induced n-p junction for electron incidence at angles that deviate from normal is enough for the interference to be observed in the calculated conductance images. The finding that the Klein effect does not prevent observation of the standing waves induced by the tip in graphene opens perspectives for experimental determination of the current distribution, current branching by scattering defects, coherence length, etc. REFERENCES [1] M. I. Katsnelson, K. S. Novoselov, and A. K. Geim, Nat. Phys. 2, 620 (2006). [2] P. E. Allain and J. N. Fuchs, Eur. Phys. J. B 83, 301 (2011). [3]J. Cayssol, B. Huard, and D. Goldhaber-Gordon, Phys. Rev. B 79, (2009). [4]C. Schulz, R. L. Heinisch, and H. Fehske, Quantum Mat- ter 4, 346 (2015). [5] A. Mreńca-Kolasińska and B. Szafran, Phys. Rev. B 96, (2017).

96 96 Line graphs for fractals Wiktor Warchalowski, Malgorzata J. Krawczyk Faculty of Physics and Applied Computer Science, AGH University of Science and Technology, Kraków, Poland Fractals are very interesting and ubiquitous objects. They are very common in nature, from blood vessels [1], through plants [2], coastlines [3] and lightnings [4] to the structure of the Universe [5]. But, as it turns out, fractals are also observed in a street network [6] or literary works [7]. One of methods which allow for a fractal construction is the Lindenmayer system [8]. It defines rules of transformation of a fractal structure from a given generation to the subsequent one. Some rules are presented in [8-10], from among which we chose three examples of three different fractal categories: Cyclical, linear and higher orders. The last category means that when we present fractal as a graph there are nodes with degree k higher than 2. For each obtained graph we then construct its line graph [11]. Nodes in a line graph constructed for a given graph replace its edges, and two nodes in a new graph are connected if they have a common node in the original graph. The question we ask here is if the obtained line graphs show fractal properties, as do graphs on which they are constructed. In this case we should be able to find the Lindenmayer system which allows for the line graph construction. We are also interested in checking the fractal dimension of the obtained line graphs. In our earlier paper [12] some symmetric fractals were analysed in terms of the number of classes of nodes. The concept of classes was proposed by us in [13] to express symmetry of the network, as class is formed by a set of nodes with the same structure of connection with other nodes in the network. Now, the method is applied for graphs and their line graphs constructed on fractals to compare their symmetry. Constructing line graphs, positions of nodes in line graphs are taken at the geometrical center of edges in original graphs. Original graphs and their line graphs for linear fractals are presented in Fig. 15. While in original graphs lengths of all edges are equal, in their line graphs their are not. For all analysed here fractals, an angle between subsequent edges in the line graph is equal to half of the angle in the original graph. For such constructed line graphs we found their Lindenmayer systems. The rules obtained by us for line graphs, together with the rules for original fractals [8-10] are presented in Tab.1. We have shown that line graphs constructed on fractal graphs demonstrate fractal properties. We found the related Lindenmayer systems and calculated the fractal dimension for a set of line graphs, which for all analysed examples is equal to the fractal dimension of original graphs. As the structure of cyclic and linear graphs and their line graphs is very similar, the related number of classes is also the same. This is no more true for higher order fractals. Also in this case pattern of a change of the number of classes with the graph size is not trivial. For the fractals analysed in this paper the number of classes is much lower than the number of nodes; this means that the ratio of the reduction of the system size when described by classes is high. This is due to the high symmetry of the considered examples.

97 97 Koch curve Minkowski sausage Sierpinski arrowhead curve Rysunek 15: Graphs (top) and it s corresponding line graphs (bottom) for linear fractals.

98 98 Koch curve initialiser generator d δ graph F F F + F F + F 1 60 F F G F + +F 3/2 line graph F G + + +F G F G 1/2 30 Minkowski sausage initialiser generator d δ graph F F F + F F F F + F + F F 1 90 line graph G F +GH H F + G + +GH F 1 G GH H F + G + +GHG 2/2 H + + GH H F + G + +GH H 2/2 45 graph line graph Sierpinski arrowhead curve initialiser generator d δ F F HF G HF + GF + H 1 60 H GF HF G F H G F G H 1 F G G 3/2 30 H F + G + H + G + F 1 Tabela 1: Lindenmayer systems for graphs [9,10] and line graphs (found by us) for linear fractals, where: d - length of edge and δ - angle between subsequent edges. In turtle graphics a letter in the Lindenmayer system is interpreted as a forward movement of a given length, and +( ) means turn left(right) of a specified angle. REFERENCES [1] Masters, B.R., Fractal analysis of normal human retinal blood vessels, Fractals-Complex Geometry Patterns and Scaling in Nature and Society 2 (1994) 103 [2] Bruno, O.M, de Oliveira Plotze, R., Falvo, M., and de Castro M., Fractal dimension applied to plant identification, Information Sciences 178 (2008) 2722 [3] Mandelbrot, B.B., Stochastic-models for earths relief, shape and fractal dimension of coastlines, and number-area rule for islands, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 72 (1975) 3825 [4] Petrov, N.I., Petrova, G.N., D Alessandro, F., Quantification of the probability of lightning strikes to structures using a fractal approach, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation 10 (2003) 641 [5] Coleman, P.H., Pietronero, L., The fractal structure of the universe, Physics Reports-Review Section of Physics Letters 213 (1992) 311 [6] Murcio, R., Masucci, A.P, Arcaute, E., Batty M., Multifractal to monofractal evolution of the London street network, Physical Review E 92 (2015) [7] Drożdż, S., Oświęcimka, P., Kulig, A., Kwapień, J., Bazarnik, K., Grabska-Gradzińska, I., Rybicki, J., Stanuszek, M., Quantifying origin and character of long-range correlations in narrative texts, Information Sciences 331 (2016) 32 [8] Prusinkiewicz, P. and Lindenmayer, A., The Algorithmic Beauty of Plants, Springer-Verlag 1990 [9] (Access: ) [10] lsys2d.html (Access: ) [11] Diestel, R., Graph Theory, Electronic Edition 2000, Springer-Verlag New York 1997, 2000 [12] Krawczyk M.J., Communities and classes in symmetric fractals, International Journal of Modern Physics C 26 (2015) [13] Krawczyk, M.J., Topology of space of periodic ground states in antiferromagnetic Ising and Potts models in selected spatial structures, Physics Letters A 374 (2010) 2510

99 99 ATLAS finds first direct evidence for light-by-light scattering L. ADAMCZYK, T. BOŁD, W. DĄBROWSKI, G. GACH, I. GRABOWSKA-BOŁD, M. GUZIK, P. JANUS, D. KISIELEWSKA, T.Z. KOWALSKI, J. KREMER, S. KOPERNY, B. MINDUR, M. PRZYBYCIEŃ Members of the ATLAS Collaboration Department of Particle Interactions and Detection Techniques Faculty of Physics and Applied Computer Science, AGH University of Science and Technology, Kraków, Poland During the early years of Quantum Electrodynamics (QED), Heisenberg and his student Euler realized that photons may scatter off of each other through a quantum loop process involving virtual electron and positron pairs. The phenomenon of light-by-light scattering (γγ γγ), albeit very rare, breaks the linearity of Maxwell s Equations and is one of the oldest predictions of QED. However, the γγ γγ process proceeds at lowest order via virtual one-loop box diagrams involving fermions, leading to a suppression in the cross section, relative to more common processes, by α 4 em 10 9 and thus making it very challenging to observe experimentally. To date, light-by-light scattering via an electron-positron loop has been precisely, but indirectly, tested in measurements of the anomalous magnetic moments of the electron and muon where it contributes a substantial QED correction. Closely related observations are Delbrück scattering and photon splitting, both involving the scattering of a photon off of the nuclear Coulomb field, and the fusion of photons into pseudo scalar mesons, observed in electron-positron colliders. And yet, the direct observation of light-by-light scattering has remained elusive. A new approach was recently proposed by two independent theory groups [1,2] in which light-by-light scattering could be studied using photons produced in relativistic heavy-ion collisions at large impact parameters, larger than twice the radius of the ions. The electric field strength of relativistic ions scales with the square of their charge, leading to huge electromagnetic field strengths relative to proton-proton collisions. The so-called equivalent photon approximation treats these classical fields quantum mechanically, manifest as beams of nearly-real photons, allowing for the process γγ γγ to occur directly. The nuclei themselves generally stay intact during such ultra-peripheral collisions, and the strong interaction is not involved. Light-by-light scattering is thus distinguished by the observation of two low-energy photons, back-to-back in azimuth, with no additional activity measured in the detector (see Figure 1). In particular, no reconstructed charged-particle tracks coming from the nominal interaction region are expected. Possible backgrounds can arise from misidentified electrons fromthe QED γγ e + e process, as well as from the central exclusive production of two photons from the fusion of two gluons, gg γγ. The ATLAS experiment has conducted a search for light-by-light scattering in 480µb 1 of lead-lead data recorded at a center-of-mass energy of 5.02 TeV during the 2015 heavy-ion

100 100 Figure 1. Event display for an exclusive γγ γγ candidate event. run [3,4]. A group from AGH UST took a leading role in that analysis. While almost four billion strongly-interacting events were provided by the LHC, only 13 diphoton candidates were observed. Figure 2 shows an acoplanarity distribution for selected event candidates. The distribution is peaked at zero for signal events indicating that they are aligned in azimuth. From the expectation of 7.3 signal events and 2.6 background events, a significance of 4.4σ was obtained for observing one of the most fundamental predictions of QED. Events / Data, 480 µb ATLAS γγ γγ MC - γγ e + e MC CEP γγ MC Pb+Pb s NN = 5.02 TeV Signal selection no Aco requirement γγ acoplanarity Figure 2. Acoplanarity distribution of the diphoton system. Finding evidence of this rare signature required the development of a sensitive new trigger for the ATLAS detector. The resulting signature two photons in an otherwise empty

101 detector is almost the diametric opposite of the tremendously complicated events typically expected from lead nuclei collisions. The new trigger s success in selecting these events demonstrates the power and flexibility of the system. The overall trigger strategy in preparation to the lead-lead run in 2015 was developed as part of the Heavy Ion Trigger Menu Forum which was coordinated by AGH UST in years ATLAS physicists will continue to study light-by-light scattering during the upcoming LHC heavy-ion run, scheduled for More data will further improve the precision of the result and may open a new window to studies of extensions of the Standard Model, as new particles can participate via the loop diagrams, providing an additional window into new physics at the LHC. In addition, the study of ultra-peripheral collisions should play a greater role in the LHC heavy-ion programme, as collision rates further increase in Run 3 and beyond. REFERENCES [1] D. d Enterria and G. G. Silveira, 2013, Phys. Rev. Lett. 111 (2013) [2] M.Kłusek-Gawenda, P. Lebiedowicz and A. Szczurek, Phys. Rev. C 93 (2016) [3] G. ATLAS Collaboration, Nature Physics 13 (2017) 852. [4] ATLAS press statement: direct-evidence-light-lightscattering-high-energy. 101

102 102 Contribution to design and construction of the Upstream Tracker detector for the LHCb upgrade A. DENDEK, T. FIUTOWSKI, M.FIRLEJ, M. IDZIK, P. KOPCEWICZ, W. KRUPA, M. MAJEWSKI, J. MOROŃ, A. OBŁĄKOWSKA-MUCHA, B. RACHWAŁ, T. SZUMLAK, K. ŚWIENTEK Members of the LHCb Collaboration Department of Particle Interactions and Detection Techniques Faculty of Physics and Applied Computer Science, AGH University of Science and Technology, Kraków, Poland In 2017 the AGH-LHCb group was taking an active and leading role in operating the spectrometer and data analysis. Amongst the most important achievements of our group is the contribution to the high level trigger system HLT. It was completely revisited and updated with respect to the system that operated during Run I period. At present, we collect data at the rate that is approximately five times higher than the nominal design. One of its vital part dedicated to long-lived particle reconstruction was prepared by the AGH-LHCb group. A novel approach was employed by using the latest developments in the Machine Learning field provided by the third party software designers. Since, the exploited software was not a part of the official LHCb framework a special processing chain was prepared and appropriate interface code provided. In order to conform to the severe limitations of the real time system the trained model has to be binned to significantly speed-up its execution. Two models have been trained and prepared for the HLT environment Boosted Decision Trees and Neural Network. After addition tests the former one has been picked up and employed for data processing in 2017 [1]. The group continued its work on searching the rare hadronic decays that could be used for the CKM angle γ determination [2]. This measurements are of vital importance for confirming or breaking the Standard Model CP-violation mechanism based on a single complex phase that is present in the quark mixing matrix. A number of Machine Learning algorithms has been tested in order to improve the selection efficiency and purity. Also, a new set of topological and kinematical variables has been defined in order to improve the signal selection process. It should be stressed that these analyses are amongst the most complicated ones that are presently performed by the LHCb collaboration. This is related to both the relatively small expected branching ratio (order of ) and the fact that the respective final states contain 6 and 7 particles. A significant progress has been made with respect to the work involving FLUKA simulation framework that was used to estimate the particle fluences seen by the LHCb VELO (Vertex Detector) detector [3,4]. It is of vital importance that the particle flux is understood correctly, for both the current and the future high precision tracking devices operating close to the LHC proton-proton interaction point. The latest studies, performed by our group, strongly suggest that the previous estimates based on physics event generators that were

103 not properly tuned for the LHC high energy regime underestimated the equivalent particle fluences even up to 30 %. The results were showed on international conferences and discussed within various working groups working for LHCb, ATLAS and CMS experiments. It is planned to perform an extensive comparison studies between the FLUKA (equipped with the latest DPMJET-III event generator) and Pythia models that are amongst the most popular ones used by all major LHC experiments to simulate the radiation damage effects. The simulation results can be validated using data taken during, so called, IT scans where the reverse bias leakage current of irradiated VELO sensors are measured versus their temperature. The final results should be ready well before the Run III data taking period. REFERENCES [1] A. Dendek, T. Szumlak, et al., PatLongLivedTracking: A tracking algorithm for the reconstruction of the daughters of long-lived particles in LHCb, Public LHCb Note LHCb-Pub [2] LHCb collaboration, Selected Results on the CKM Angle γ Measurement at the LHCb, Acta Phys.Polon. B48 (2017) 1989, DOI: /APhysPolB [3] A. Oblakowska-Mucha, Radiation Damage in Silicon Particle Detectors in High Luminosity Experiments, Acta Phys.Polon. B48 (2017) 1707, DOI: /APhysPolB [4] A. Oblakowska-Mucha, Radiation Hard Silicon Particle Detectors for Phase-II LHC Trackers, JINST 12 (2017) no.02, C02054, DOI: / /12/02/C

104 104 Radioactivity in wastes generated from shale gas exploration and production North-Eastern Poland P. Jodłowski, J. Nowak Faculty of Physics and Applied Computer Science, AGH University of Science and Technology, Kraków, Poland 1. Introduction. Shale gas exploration and production due to the necessity of performing large amount of a well-stimulation technique (hydraulic fracturing) in horizontal borehole sections to release gas from rock formations poses a potential threat to the environment including soil degradation, local pollution of the ground surface by fuels and technological liquids, etc [1]. Another threat to the environment and human beings may constitute the radiation hazard associated with natural radionuclides, widely occurring in the rocks of shale gas deposits and other formations. These radionuclides derive from natural radioactive decay series, mainly from two series: the uranium decay series and thorium decay series and potassium 40 K. In the gas and oil mining industry the radiation hazard associated with naturally occuring radioactive materials (NORM) mainly results from the migration of 238 U and 232 Th decay products along with a mixture of oil, gas and water extracted from a borehole. These products (mainly radium isotopes: 226 Ra and 228 Ra) accumulate in sludge and hard scales [2, 3, 4]. Figure 1. Location of the most prospective shale basins in Poland (modified from San Leon Energy report, 2013). In order to assess radioactive contamination of wastes resulting from shale gas, measurements of the natural radionuclides (40 K, 238 U, 226 Ra, 210 Pb, 228 Ra, 228 Th) activity concentrations in samples of wastes were performed. The samples were collected from selected drilling rigs located in North-Eastern Poland (i.e. from Gdańsk Pomerania, across Mazovia to Lublin