Jakub Schusser se podílí na výzkumu, kterým možná jednou Česká republika vstoupí do dějin i světa Nobelových cen – zkoumá altermagnetismus. Nedávno se vrátil do Plzně z dlouhodobých zahraničních pobytů a získal prestižní MSCA Postdoctoral Fellowship. Říká, že na kvantové fyzice ho uchvátila možnost popsat vše pomocí vlnové funkce. Podařilo se mu tyto vlny pozorovat i na jevu zvaném kvantový vír. Čtěte více o jeho výzkumu i mezinárodním srovnání v rozhovoru.
Kde se vzala vaše vášeň pro fyziku?
Všechno začalo už v dětství – fascinovalo mě, jak věci fungují. Nejdřív jsem se zajímal o astrofyziku a otázky typu „jak vznikly planety“ nebo „co bylo na začátku vesmíru“. Postupně mě to přivedlo až ke kvantové fyzice, která vysvětluje, jak funguje svět na úplně nejmenší úrovni – na úrovni částic.
Co mě na kvantové fyzice nejvíc uchvátilo, je představa, že celý fyzikální systém lze popsat pomocí jediné matematické entity – vlnové funkce. Pokud znáte vlnovou funkci systému, víte o něm vše, co se dá fyzikálně zjistit. A protože celý svět se skládá z částic, teoreticky by tak šlo popsat i celý vesmír. Tahle myšlenka mě skutečně nadchla.
Měl jsem štěstí na inspirativního učitele fyziky na gymnáziu v Broumově, kde jsme měli možnost v seminářích jít i za rámec běžného učiva. A už tehdy jsem četl přednášky Richarda Feynmana, který uměl popsat složitou fyziku velmi srozumitelně a s nadšením.
Jaká byla vaše cesta do Plzně na NTC a co vás vedlo k tomu se na toto pracoviště vrátit?
Vystudoval jsem fyziku na Matematicko-fyzikální fakultě Univerzity Karlovy. Původně jsem plánoval doktorát v Berlíně u Slava Nemšáka, ale ten mezitím odešel pracovat do USA. Doporučil mě však Jánu Minárovi a Karolu Hricovinimu, díky čemuž jsem se dostal na doktorandskou pozici na univerzitě CY Cergy-Pontoise v Paříži. Studium jsem měl rozdělené – polovinu času jsem trávil ve Francii a polovinu v Plzni na NTC. Po doktorátu jsem krátce zůstal na NTC jako postdoktorand a později jsem pokračoval v akademické dráze na univerzitě ve Würzburgu v Německu. To je spolu s institucemi v Drážďanech renomované centrum excelence, které se věnuje právě kvantovým a topologickým jevům. Zpět na NTC jsem se vrátil nedávno v rámci projektu Kvantové materiály pro udržitelné technologie.
Jak se vlastně postdoktorand dostane k další pracovní nabídce?
Vědecký svět je malý – často se nová pracovní příležitost objeví při obhajobě doktorátu nebo na základě doporučení. Když někoho zaujme váš výzkum a ve skupině je volná kapacita i financování, rychle se to rozkřikne. Zároveň je běžné aktivně sledovat specializované weby a akademické portály, kde se nabídky soustřeďují. Networking a reputace v oboru hrají velkou roli.
Jste spoluautorem průlomové studie publikované v prestižním časopise Physical Review X, která se týkala experimentálního zachycení kvantových vírů v topologickém polokovu. Můžete vysvětlit, o co jde a v čem je zmíněný jev unikátní?
V naší studii jsme poprvé experimentálně zachytili tzv. kvantové víry v materiálu zvaném arsenid tantalu, který patří mezi tzv. topologické polokovy. Kvantové víry jsou zvláštní uspořádání elektronových vln, které připomínají rotující proudy – obdobu vírů v atmosféře, jen na kvantové úrovni. Ačkoliv jejich existence byla teoreticky předpovězena, až nyní se je podařilo přímo pozorovat, což představuje významný průlom.
Elektrony v materiálech se nechovají jen jako částice, ale i jako vlny. A právě tyto vlny se za určitých podmínek uspořádají do vírů. Zkoumáme je pomocí metody fotoemise: ozáříme materiál a sledujeme, jakým směrem elektrony odlétají. Z těchto údajů rekonstruujeme jejich původní uspořádání v látce – tedy kvantový svět, který často zkoumáme ve třech, někdy i více dimenzích. Abychom tyto víry „viděli“, musíme data správně zpracovat a při experimentech použít světlo s různou polarizací – jedině tak získáme úplný obraz.
Klíčem k pochopení tohoto jevu je samotná topologie. Jednoduše řečeno, topologie nám umožňuje klasifikovat materiály podle vlastností, které zůstávají zachované, i když látku různě deformujeme – podobně jako americká kobliha (donut) si i po ohnutí zachová svůj otvor. Arsenid tantalu, konkrétně tzv. Weylův polokov, má takovou specifickou topologii, která materiálu propůjčuje unikátní vodivé vlastnosti – například velmi efektivní vodivost a odolnost vůči poruchám.
Hlavním přínosem studie je tedy vůbec první přímé experimentální pozorování kvantového víru jako nového topologického stavu hmoty. Místo dosud známých bodových struktur jsme zachytili vír, který prostupuje prostorem jako linie. I když si na praktické využití tohoto objevu zatím musíme počkat, otvírá cestu k novým možnostem například ve spintronice nebo kvantových technologiích.
Jsou výzkumné podmínky ve vašem oboru v zahraničí a u nás srovnatelné?
Záleží hodně na konkrétní výzkumné skupině – prostředí často rozhodne o tom, jak bude vypadat váš vědecký život. Obecně ale vnímám rozdíl v přístupu. V Česku se často klade velký důraz na kvantitativní ukazatele – počet publikací, H-index – což může být svazující. V zahraničí, například v Německu, bývá větší důraz na samotnou kvalitu výzkumu. Dovolí vám věnovat se hlubokým otázkám i za cenu, že výsledky přijdou později, ale mohou být zásadní. Což v česku prakticky nejde, protože musíme neustále sledovat, jaké jsou vypsané grantové výzvy, psát do nich projekty a soutěžit o granty. Míra tzv. institucionálního financování je výrazně nižší a to způsobuje nejistotu a nestabilitu pro dlouhodobý soustředěný výzkum.
Zajímavý je v Německu i kariérní model pro postdoktorandy – mají omezený čas, obvykle šest let, kdy se musí etablovat, získat uznání v oboru a ideálně získat trvalou pozici. Pokud se tak nestane, musí odejít. To je motivuje ke změně prostředí, k internacionalizaci i k větší vědecké nezávislosti.
V Čechách je věda podhodnocená, a pokud se vám nepodaří získat projekt, je velmi těžké ve výzkumu pokračovat. V Německu jsou výzkumníci dobře hodnoceni a také má toto povolání velkou prestiž. Samozřejmě ani v Německu není vše ideální, a jak jsem již říkal, hodně závisí na konkrétní výzkumné skupině. Co se týče mé současné pozice na NTC v Plzni, oceňuji možnost kombinovat výpočty s experimenty, což není běžné ani na mnoha větších zahraničních pracovištích.
V nedávné době jste získal prestižní grant Marie Skłodowska-Curie Postdoctoral Fellowship, vůbec první tohoto typu na Západočeské univerzitě. Co to obnáší a čeho se týká váš projekt?
O MSCA Postdoctoral Fellowship soutěží uchazeči z celého světa, úspěšnost se v posledních letech v ČR pohybuje kolem 6–10 %, takže konkurence je opravdu silná. Není to ale o délce projektu – spíš o tom, že musíte mít výzkumný plán pečlivě promyšlený. Doporučuje se začít s přípravou klidně i rok dopředu. Já jsem měl jasnou vizi, takže samotné psaní proběhlo rychleji, ale dobrá vize je pro úspěch zásadní. Kdybych měl na vědeckém prostředí v ČR něco vyzdvihnout, určitě oceňuji existenci schématu MSCA CZ a obdobných schémat, které v Česku zachycuje kvalitní, ale nefinancované návrhy – je to dobrý motivátor pro příchod zahraničních vědců.
Můj projekt nese název Altermagnetic Robust Topological Quantum Materials (ART.QM). Zabývám se v něm výzkumem nové třídy materiálů – tzv. altermagnetických topologických materiálů. Tyto materiály kombinují výhody dvou dosud známých forem magnetismu – feromagnetismu a antiferomagnetismu – a zároveň mají topologické vlastnosti, které zajišťují odolnost vůči vnějším vlivům. Pomocí metody úhlově rozlišené fotoemise a teoretických výpočtů zkoumám jejich elektronovou strukturu. Cílem je porozumět, jak spolu altermagnetismus a topologie souvisejí a jak lze jejich unikátní vlastnosti kontrolovat. Takové materiály by mohly najít uplatnění v budoucích elektronických zařízeních, protože umožňují rychlé a stabilní přepínání mezi dvěma stavy – což je klíčové třeba pro vývoj nových typů pamětí.
Oslovila vás Plzeň?
Po několika letech v zahraničí jsme se s rodinou chtěli vrátit do Česka a být blíž domovu. Skupina Jana Minára na NTC byla přirozenou volbou – dělá se tu výborná fyzika způsobem, který mi je profesně i osobně blízký. Plzeň samotná nás příjemně překvapila – je tu skvělá gastro scéna, krásné parky a zároveň je to výborný výchozí bod pro cesty do hor, které jsou mým velkým koníčkem. Ať už Alpy nebo Šumava – na hory je to z Plzně blízko, a to je pro nás hodně důležité.
Autorky: Dita Sládková, Martina Kurfirstová
Jakub Schusser je fyzik specializující se na výzkum kvantových materiálů a teorii fotoemise. Vystudoval fyziku na Matematicko-fyzikální fakultě Univerzity Karlovy a doktorát získal na univerzitě CY Cergy-Pontoise v Paříži pod vedením Karola Hricoviniho a Jána Minára. Na NTC se vrátil nedávno v rámci projektu Kvantové materiály pro udržitelné technologie. Jeho současný výzkum se zaměřuje na teorii fotoemise a altermagnetické kvantové materiály a jejich využití v budoucích technologiích, například v oblasti spintroniky a kvantových výpočtů.
Přečtěte si také
Vystudoval teoretickou a fyzikální chemii na Technické univerzitě v Bratislavě, získal doktorát na Ludwig-Maximilians-Universität v Mnichově, habilitoval se na univerzitě v Mnichově a na Západočeské univerzitě v Plzni v oboru aplikovaná fyzika. Byl jmenován profesorem v oboru Aplikovaná fyzika. Jak vnímá nadcházející Rok kvantových technologií, který vyhlásila OSN? Jak se on a jeho tým podíleli na objevu altermagnetismu?
- Autor článku: ano
- Zdroj: VědaVýzkum.cz
