Tim Verhagen, nizozemský vědec z Fyzikálního ústavu Akademie věd ČR, se v rámci ambiciózního projektu pokouší vytvořit nový typ materiálu, který bude mít při pokojové teplotě současně feromagnetické i feroelektrické vlastnosti. Projekt, který financuje Evropská rada pro výzkum (ERC), se věnuje nanášení velmi tenkých jednoatomových vrstev různých materiálů na sebe, čímž se vytvoří tzv. 2D sendvič.
Není to však vůbec jednoduché. Tim poznamenává, že zatímco všechny vrstvy má zmapované na papíře, skutečné vytvoření sendviče je zcela jiná věc. „Možná to bude fungovat, možná ne,“ říká. „Pokud se to ale podaří, bude to velký krok vpřed.“
K vytvoření 2D sendvičů vrstvením extrémně tenkých jednoatomových vrstev různých materiálů na sebe Tim použije stroj na epitaxi molekulárním paprskem, který je ale až do konce léta nedostupný kvůli přetrvávajícímu celosvětovému nedostatku některých komponent. V mezičase nápad vylaďuje v hlavě. „Můžu si kroky ještě jednou promyslet a ujistit se, zda je to stále způsob, jak bych to dělal dnes.“
Přestože existuje řada skupin, které mají podobné stroje, jež by mohl potenciálně použít, žádná z nich mu to nechce umožnit, a to kvůli tomu, že chce kombinovat specifický soubor materiálů. „To je naprosto pochopitelné, protože když do stroje vložíte nějaké prvky, zůstanou tam navždy. Nikdo tedy nestojí o to, aby se jejich stroj „pokazil“ nechtěným materiálem,“ vysvětluje Tim neobvyklou situaci. Na druhou stranu díky tomu není pravděpodobné, že by se někdo jiný, kdo se o konceptu doslechl, pokoušel nápad „opsat“ a Tima předběhnout.
Počet pater sendviče může narůst
Přestože příprava sendviče vypadá jednoduše, existuje mnoho otevřených, základních otázek týkajících se tvorby 2D sendviče a zatím není jasné, jaký vliv na tvorbu sendviče mají např. krystalové struktury nebo samotné materiálové vlastnosti jednotlivých vrstev. Neznámé je i nejvhodnější pořadí vrstvení i počet vrstev, protože je možné bude potřeba něco složitějšího, např. třípatrový sendvič.
Tim očekává, že bude trvat rok, než se s novým strojem seznámí a než budou první výsledky, a ani poté není zaručeno, že se 2D sendvič podaří vyrobit. „Nevíte, co vám vyjde, nejlepší asi bude nechat se překvapit“ poznamenal vědec.
Hlavním cílem projektu je lépe porozumět pravidlům navrhování, aby bylo možné kombinovat různé vrstvené materiálové systémy, které dosud nikdo nekombinoval. Magnetická a feroelektrická vrstva v multiferoickém materiálu jsou ideálním modelovým systémem pro studium vlastností jednotlivých vrstev a jejich vzájemné interakce pomocí různých spektroskopických metod, tak abych mohl zjistit, jak vytvořit nejlepší sendviče.
Volně přístupné vzorky (open samples) pro vědecký pokrok
Tim je přesvědčen, že sdílení budoucích vzorků s ostatními výzkumníky má zásadní význam pro pokrok v oboru. „Není nutné si všechno nechávat jen pro sebe,“ řekl. „Existuje mnoho případů, kdy jedni mají pochybnosti o výsledcích druhých, a není tak ochota sdílet ani data, natož vzorky. Jedná se tedy významný krok.“
Sdílení informací je prostředkem, jak zvýšit jejich dosah a popularitu a prospět i ostatním, protože pokud se jedná o nově objevené vzorky, nabízejí velký potenciál pro nová zjištění, a jak Tim zmínil, nemůže se do veškerého výzkumu pustit sám.
Možnosti využití
Díky pokroku ve vědě o materiálech můžeme pozorovat změny v našem každodenním životě, například chytřejší a menší zařízení s větší funkčností. Srovnání dnešních televizorů a počítačů s těmi před deseti nebo dokonce jen pěti lety ukazuje praktický přínos výzkumu.
Protože však potřebné 2D sendviče v současné době neexistují, jejich reálné použití se může od současných představ lišit. Podle Tima je důležité mít při podávání žádostí o granty širokou vizi. Je ale také nezbytné mít na paměti, že vědecký pokrok nevede vždy k okamžitému zlatému věku a jsou-li očekávání nerealistická, může se dostavit zklamání.
Jak správný obrázek pomůže získat ERC grant
Ve světě vědeckého výzkumu může být příprava úspěšného návrhu pro Evropskou radu pro výzkum náročným úkolem, který vyžaduje velké nasazení. Tim tím míní, že věnovat přípravě na grant ERC jeden rok, i když to není práce na plný úvazek, je moudré rozhodnutí, které se může v dlouhodobém horizontu vyplatit.
Aby byl jeho návrh poutavější a srozumitelnější pro celou porotu, které ho musel předložit, snažil se Tim své vysvětlení zjednodušit. „V porotě byl pravděpodobně jeden člověk, který je odborníkem v této oblasti, a ostatní ne,“ dodal. Svůj návrh proto přirovnal ke dvěma plátkům toustového chleba s trochou arašídového másla, což se ukázalo jako úspěšné přirovnání, které našlo odezvu nejen u publika během prezentace v Bruselu.
Pro Tima je fyzika náročný obor, který ho ale naplňuje a dává mu velkou flexibilitu v experimentování. „Myslím, že fyzika je docela uspokojující, a jakmile si myslíte, že jí rozumíte, můžete začít zkoumat neznámé.“
Nizozemec Timotheus Verhagen vystudoval fyziku na Technické univerzitě v Delftu a doktorát získal na Univerzitě v Leidenu v Nizozemsku. V roce 2014 se stal členem skupiny Jany Kalbáčové Vejpravové a jeho pracovišti se stala Matematicko-fyzikální fakulta Univerzity Karlovy a Fyzikální ústav Akademie věd ČR, kde nyní působí.