Denník N

Fyzik: Veľa teoretických predpovedí musí nevyhnutne zlyhať, posúva nás to ďalej

Fyzik Tomáš Bzdušek. Foto – archív T. B.
Fyzik Tomáš Bzdušek. Foto – archív T. B.

Z bratislavského mat-fyzu sa fyzik Tomáš Bzdušek dostal až na Švajčiarsky technologický inštitút v Zürichu. Venuje sa skúmaniu polokovov, minulý mesiac mu vyšla štúdia v časopise Nature.

Tomáš Bzdušek zo Švajčiarskeho technologického inštitútu v Zürichu a jeho tím zistili, že by mal existovať nový druh polokovov. Objavený materiál kombinuje magnetoelektrické vlastnosti kovov a doteraz známych polokovov. Materiál sa správa ako jedno alebo ako druhé v závislosti od smeru aplikovaného magnetického poľa. Štúdiu publikovali v prestížnom magazíne Nature. 

Tomáš Bzdušek (27) vyštudoval teoretickú fyziku na Fakulte matematiky, fyziky a informatiky Univerzity Komenského v Bratislave. Od roku 2013 pôsobí ako doktorand na švajčiarskej polytechnike ETH Zürich, kde sa venuje výskumu supravodičov a polokovov. Má rád klasickú hudbu, víkendy často trávi na horách.

Povedzte nám niečo o sebe a svojich výskumných záujmoch.

Vyštudoval som teoretickú fyziku na bratislavskom mat-fyze, kde som pod vedením Richarda Hlubinu skúmal problémy súvisiace so supravodivosťou.

Popri štúdiu som veľa času venoval práci s talentovanou mládežou prostredníctvom občianskeho združenia Trojsten a trochu aj cez Turnaj mladých fyzikov. Tieto súťaže ma ešte ako gymnazistu veľmi ovplyvnili v ďalšom smerovaní.

Pred tromi rokmi som začal doktorandské štúdium na švajčiarskej polytechnike ETH, kde som sa od supravodičov postupne presunul ku skúmaniu polokovov.

Skúste vysvetliť objav, ktorý sa vám podaril.

Náš objav súvisí s pásovou štruktúrou materiálov – dnes už pomerne starou kvantovou teóriou elektrónov v kryštáloch. Pásová štruktúra vysvetlila, prečo sú niektoré látky vodivé a iné nevodivé: kým v kovoch možno uviesť elektróny do pohybu s minimom energie, pásová štruktúra izolantov obsahuje energetickú bariéru.

Existujú však aj látky, v ktorých energetická medzera pre niektoré elektróny klesá na nulu. Nazývame ich polokovmi a príkladmi sú napríklad grafén alebo nedávno objavené Weylove materiály. Nami objavený materiál dopĺňa rodinu možných druhov polokovov.

14163913_1403424709685863_1993532903_o
Tomáš Bzdušek (druhý sprava) s tímom spolupracovníkov okolo profesora Manfreda Sigrista (celkom vpravo) na ETH Zürich. Foto – archív T. B.

V čom sa vami objavený materiál líši od už predtým známych polokovov?

Z praktického hľadiska zaujímavým spôsobom kombinuje magnetoelektrické vlastnosti kovov a doteraz známych polokovov. Materiál sa správa ako jedno alebo ako druhé v závislosti od smeru aplikovaného magnetického poľa.

Materiál je však zaujímavý aj po teoretickej stránke: obvykle sa elektróny v kovoch správajú ako voľné elektróny, ale s pozmenenou (takzvanou „efektívnou“) hmotnosťou. Doposiaľ skúmané polokovy majú elektróny s nulovou efektívnou hmotnosťou, čím trochu pripomínajú fotóny (častice svetla). V IrF4 je situácia ešte komplexnejšia –koncept hmotnosti v bežnom zmysle sa pre jeho elektróny nedá aplikovať.

Aké sú možné aplikácie výskumu?

Musel by som špekulovať. Rozhodne nie sú v blízkej budúcnosti. Netriviálne magnetoelektrické vlastnosti feromagnetík sa používajú napríklad na ukladanie dát v počítačovej pamäti.

Bariéru pre praktické aplikácie IrF4 však predstavuje jedovatý fluór. S kolegami sa teraz snažíme nájsť podobný materiál, ktorý by neobsahoval pre človeka toxické prvky.

Nechceli ste objavenému druhu materiálov vymyslieť nové meno, niečo namiesto „polokov nového typu“?

Mám rád, ak sú názvy samovysvetľujúce. V odbornom článku rozlišujeme medzi „bodovými“ a „čiarovými“ polokovmi. V prípade IrF4 má dotyk valenčného a vodivostného pásu tvar retiazky, tak sme ich nazvali ako „retiazkové“ (anglicky „nodal chain“).

Ak sa materiál v budúcnosti ukáže byť užitočný v praktických aplikáciách, určite mu prischne lepšie a kratšie meno – rovnako ako dnes každý hovorí „teflón“ namiesto „polytetrafluóretylén“.

Kedy očakávate, že by mohlo prísť k potvrdeniu od experimentátorov?

Momentálne čakáme, aká bude reakcia fyzikálnej komunity. Ak experimentátorov náš objav zaujme, potvrdenie (alebo vyvrátenie) by mohlo prísť za rok až dva. Je tu však spomínaný problém s fluórom, pre ktorý sa do skúmania pustí len niekoľko experimentálnych skupín.

Bojíte sa, že niečo funguje ináč, ako ste modelovali, a experimenty dopadnú ináč, než očakávate?

Samozrejme, že počítame aj s touto možnosťou. Dokonca si myslím, že veľká časť teoretických predpovedí musí nevyhnutne zlyhať. Práve ten fakt, že veci často nefungujú tak, ako sme si mysleli, dáva vedcom nové otázky a posúva nás ďalej v porozumení sveta.

V našom prípade sa mohlo stať, že kryštalografické dáta, z ktorých sme vychádzali, nie sú dostatočne presné, alebo že vzájomná interakcia medzi elektrónmi je silnejšia než v našich modeloch.

Potvrdenie od experimentátorov by nás iste veľmi potešilo. Negatívny výsledok by predstavoval výzvu: „Ako je možné, že konvenčná teória zlyhala? Aký aspekt nám doteraz unikal?“ V oboch prípadoch sa niečo naučíme.

Plánujete v tomto smere výskumu pokračovať ďalej a budete hľadať ďalšie polokovové materiály?

Určite aj to. Okrem polokovov sa s kolegami venujeme aj supravodičom či takzvaným topologickým materiálom, ktoré sú potenciálne zaujímavé pre kvantové počítače. Väčšinou si však dávame jednoduché krátkodobé ciele a v objavoch postupujeme len malými a náhodnými krokmi. Obyčajne nemáme pred očami konkrétny cieľ a ťažko predpovedať, kam nás naša zvedavosť zavedie.

Aké sú vaše plány do budúcnosti?

O rok dokončujem doktorandské štúdium a stále zvažujem niekoľko alternatív, čo ďalej. Jedna možnosť je zostať v akademickom prostredí. V takom prípade by som pravdepodobne zakotvil na pár rokov v Amerike. V hre je však aj fyzikálny výskum v súkromnom sektore, kde západná Európa ponúka niekoľko možností.

Téma, ktorá mi čoraz viac vŕta v hlave a ktorej by som sa rád aspoň vo voľnom čase venoval v oboch prípadoch, je možnosť urýchliť materiálový výskum prepojením bežných numerických metód a strojového učenia. Konkrétnejšiu odpoveď však budem vedieť dať až budúce leto, keď bude na stole hotová dizertačná práca.

Máte pripomienku alebo ste našli chybu? Prosíme, napíšte na pripomienky@dennikn.sk.

Príroda

Veda

Teraz najčítanejšie