„‎Když vezmu dva plátky chleba a mezi ně vložím plátek sýra, tak nebudou držet u sebe, pokud ale jako náplň použijeme v Americe oblíbené arašídové máslo a džem, spojí se. Díky tomu, že se spojí, vytvoříte novou jednotku – sendvič, která má jiné vlastnosti nežli původní plátky samotného chleba,“ přirovnává Tim Verhagen princip nových materiálů, na jejichž výzkum získal od Evropské výzkumné rady (ERC) prestižní Starting Grant v hodnotě necelých dvou milionů eur, v přepočtu téměř padesát milionů korun.

Vrstvené materiály nejsou nic nového; nejznámějším příkladem z přírody je grafit – tuha v obyčejné tužce, která je tvořena tenkými vrstvami uhlíku. Na vrstvené materiály se v posledních letech zaměřuje i mnoho výzkumů, kdy vědci kombinují tenké vrstvy různých materiálů s cílem získat nové materiály s unikátními vlastnostmi. „Když budu pokračovat v naší analogii, doposud se vrstvily jen různé plátky chleba – světlý, tmavý, se semínky – na sebe, ale nebyla mezi nimi dostatečně silná interakce, chybělo to arašídové máslo,“ vysvětluje Verhagen, jenž se v ERC zaměří právě na výzkum „náplně“, která by spojila právě jen dvě vrstvy materiálů.

„Tím bychom mohli získat nové materiály se skutečně unikátními vlastnostmi. Mým cílem je vytvořit 2D-sendvič, který bude mít feromagnetické a feroelektrické vlastnosti při pokojové teplotě, což je v našem oboru takový zlatý grál,“ doplňuje vědec z MFF UK.

Laboratorní pečení 2D-sendvičů

ERC grant mu poskytne finance mimo jiné na nákup speciálního přístroje, který umožní nanášet velmi tenké – jednoatomární vrstvy různých materiálů: „V prvním kroku budeme vyrábět 2D-sendviče z velmi tenkých vrstev různých materiálů. Lze si to představit jako 3D-tisk, kdy po jedné vrstvě budeme měnit barvu – materiál. Vyrobené vzorky pak budeme studovat metodami optické spektroskopie, kdy na vzorek posvítíme a studujeme, jak se mění odražené světlo,“ popisuje expert, dle kterého má každá třída materiálů své výhody a nevýhody, když ale jednotlivé druhy materiálů vhodně zkombinujeme a spojíme, můžeme získat materiály se skutečně unikátními vlastnostmi. „Když se nám to podaří, mohli bychom jednodušeji tvořit komplexní materiály, které přinesou nové možnosti například pro elektroniku nebo zpracování informací,“ líčí.

Nový koncept „open-samples“

Ve vědecké komunitě se již ustálil pojem open-data, kdy vědci sdílejí naměřené výsledky. Tim Verhagen, ale chce jít ještě dál, chce sdílet samotné vzorky.

„Vnímám, že jedním z velkých problémů dnešní vědy je nereprodukovatelnost výsledků. Pro většinu experimentů vytvoříte unikátní vzorky, které pak měříte na speciálních přístrojích. Dávno jsme od doby, kdy jste si sami mohli v laboratoři jednoduše ověřit data z publikací, dnes by to často trvalo měsíce či dokonce roky. Proto chci sdílet mnou vytvořené vzorky – 2D-sendviče, aby na ně další vědci mohli použít své techniky a přístroje. Kolegové mě před tím varují – že jiní mohou využít mé práce a ukradnout mi myšlenky, ale chci to zkusit, a myslím, že by to mohlo přinést zajímavé spolupráce,“ říká Tim. A zdůrazňuje, že mu nejde o spoluautorství článků, to bude odmítat, aby byla zaručena skutečná nezávislost výsledků.

„Ve svých výzkumech bych nechtěl jen opakovat to, co již dělají jiní. Chci si pokládat originální otázky, dělat unikátní a kreativní výzkum. Když zůstanu u té analogie sendvičů – studovat nebo vylepšovat chleba je řemeslná práce, ale náplň tomu dává zcela nový rozměr,“ přirovnává, jak vznikal nápad na ERC projekt.

„Byl to dlouhodobý proces, hodně jsem o tom přemýšlel, četl a pozměňoval prvotní nápady, až vznikl současný projekt ‚2D-sendvičů‘. Překvapilo mě, že ačkoliv je to velmi jednoduchá výzkumná otázka, nikdo se ji doposud nevěnoval. Opravdu jsem strávil mnoho času, týdny, prohledáváním literatury, zda již někdo něco podobného nedělá,“ vzpomíná oceněný fyzik, jemuž samotné psaní ERC projektu zabralo asi tři měsíce, ale dělal u toho i další věci. Další dva až tři měsíce pak projekt vylepšoval.

„Pro originální nápady potřebujete mít stále nové stimuly, potkávat nové lidi. Proto i radím studentům a studentkám, aby během studia měnili projekty a laboratoře, ideálně šli do zahraničí, nebo alespoň pracovali na různých institucích v jejich městě nebo zemi. Zůstat v jedné laboratoři je jednoduché, ale nenaučíte se toho tolik,“ nastiňuje.

On sám měnil projekt mezi magisterským a doktorským studiem: „Po dokončení Ph. D. se má partnerka chtěla vrátit do Česka, takže jsem si pro postdoc působení našel pozici ve skupině Jany Kalbáčové Vejpravové (získala též ERC grant – pozn red.), kde jsem se potkal se skvělou skupinou stejně starých vědců a vědkyň, kteří měli různé zkušenosti. Po šesti letech jsem se pak přesunul na Fyzikální ústav Matematicko-fyzikální fakulty UK, kde působím jako vědecký pracovník a pracuji na vlastních projektech. Nyní se těším, že díky ERC grantu a financování budu moci své projekty rozšířit a najmout více lidí,“ dodává Tim Verhagen.

Autor: Pavla Hubálková

Foto: Martin Pinkas 

Článek vyšel v on-line magazínu Univerzity Karlovy Forum.

Timotheus Guillaume Albertus Verhagen

Vystudoval bakalářský a magisterský program fyzika na Technické univerzitě v Delftu a Ph. D. získal na Univerzitě v Leidenu v Nizozemsku. Na postdoc přišel v roce 2014 do Prahy, kde šest let působil ve skupině Jany Kalbáčové Vejpravové na Matematicko-fyzikální fakultě UK a Fyzikálním ústavu Akademie věd ČR. Poslední dva roky působí jako vědecký pracovník na Fyzikálním ústavu Matematicko-fyzikální fakulty UK.