Maciej Polak, student fizyki technicznej na Politechnice Wrocławskiej jest tegorocznym laureatem Diamentowego Grantu, przyznawanego przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego. Jego badania mogą pomóc naukowcom przy projektowaniu urządzeń optoelektronicznych - takich jak lasery, detektory czy baterie słoneczne
W ramach Diamentowego Grantu resort nauki przekazał na projekt Macieja Polaka 200 tys. zł („Obliczenia z zasad pierwszych struktury pasmowej, właściwości strukturalnych i optycznych dla półprzewodnikowych związków mieszanych wytworzonych na bazie materiałów o dużym niedopasowaniu”). Gdyby chcieć najprościej go wytłumaczyć, należałoby powiedzieć, że student częściowo wyręcza badaczy zajmujących się doświadczeniami. Wykonuje on bowiem skomplikowane obliczenia dużej skali, dzięki którym można przewidzieć właściwości nowego materiału powstałego z połączenia w różnych proporcjach dwóch lub więcej znanych wcześniej „składników”.
Tymi „składnikami” są głównie materiały półprzewodnikowe z trzeciej i piątej grupy układu okresowego pierwiastków, rozrzedzone bizmutem i azotem. W ostatnich latach interesuje się nimi wiele laboratoriów na całym świecie, bo powstałe z nich stopy mają dość obiecujące właściwości, które można by wykorzystać przy tworzeniu urządzeń optoelektronicznych - jak lasery, detektory czy baterie słoneczne.
Charakterystyczne dla tego rodzaju stopów jest to, że są mocno niedopasowane. Oznacza to, że zawierają pierwiastki, których elektroujemność, jonowość i rozmiar są bardzo różne, a przez to ich wytworzenie jest niezwykle trudne i dość kosztowne. Dzięki obliczeniom Macieja Polaka można przewidzieć, czym będzie się charakteryzował i jakie właściwości będzie miał materiał powstały z połączenia konkretnych półprzewodników. Są to obliczenia „ab initio”, czyli z zasad pierwszych, a zatem do przewidywania właściwości układu wykorzystuje się jedynie znane prawa i stałe fizyczne, bez znajomości żadnych empirycznych parametrów. W tej kategorii naukowcy wykorzystują kilka metod, Maciej posługuje się teorią funkcjonału gęstości (z angielskiego DFT - density functional theory).
- Korzystam oczywiście z naszych uczelnianych Komputerów Dużej Mocy we Wrocławskim Centrum Sieciowo Superkomputerowym – opowiada student. – Wprawdzie używam gotowego kodu, ale wcale nie oznacza to, że wystarczy, że wprowadzę kilka liczb, a resztę policzy już komputer i dostanę gotowy wynik. To zdecydowanie dużo bardziej skomplikowane. Zanim dostarczę dane do komputera, muszę przygotować inne skrypty i arkusze albo zmienić coś w tych, które przygotowałem sobie do wcześniejszych wyliczeń, wiele parametrów muszę też przeliczyć w innych programach, często pisanych samodzielnie. Wynik, który dostarcza komputer po kilkudziesięciu albo kilkuset godzinach, to plik z kilkunastoma tysiącami linijek. Wyszukuję w nim informacje, które mnie interesują i analizuję je, znowu przeliczam, czasem rozrysowuję. Dopiero wtedy uzyskuję ostateczny wynik.
Oblicza m.in. właściwości strukturalne i elektronowe takie jak parametry sieciowe, elektronowe struktury pasmowe i stałe elastyczne oraz potencjały deformacyjne i parametry pokrewne. Większość z tych właściwości w przypadku stopów mocno niedopasowanych nie została jeszcze zbadana.
Maciej ze śmiechem wspomina, że kiedy dwa lata temu zaczynał pracować nad tego typu obliczeniami, wymagało to od niego mnóstwa czasu. Zachęcił go promotor dr inż. Paweł Scharoch. - Pokazał mi gdzie zacząć, a ja dużo na ten temat czytałem i uczyłem się na własnych błędach. Potem pozwolił mi zaangażować się w projekt, który prowadził. Przez pół roku wykonywałem pewne obliczenia, które dziś zrobiłbym w kilka dni. Doświadczenie odgrywa dużą rolę – podkreśla.
Projekt Macieja Polaka nadzoruje merytorycznie dr hab. Robert Kudrawiec z laboratorium Optycznej Spektroskopii Nanostruktur (OSN), które działa przy Instytucie Fizyki, a nad prawidłowością obliczeń czuwa dr inż. Paweł Scharoch.
Choć zadanie polega na badaniach podstawowych, jest ukierunkowane na praktyczne zastosowania. Dlatego wyniki obliczeń studenta będą porównywane z efektami eksperymentalnymi uzyskanymi przez zespół naukowców kierowany przez dr hab. inż. Roberta Kudrawca. - Będą konfrontować moje wyniki ze swoimi, a potem rozważać konkretne, praktyczne zastosowania danego stopu – tłumaczy Maciej.
W ramach projektu student wyjedzie także na zagraniczny staż do Lawrence Berkeley National Laboratory, które zajmuje się badaniem materiałów mocno niedopasowanych. Swoje obliczenia wykorzysta do przygotowania pracy magisterskiej, a następnie doktorskiej. – Po doktoracie chciałbym zostać na uczelni – opowiada. – Obliczenia to mój świat. Uwielbiam się nimi zajmować i nawet nie potrafię zrozumieć, jak innych mogą nudzić. Zdarza się zresztą, że ze swoim promotorem wymieniamy maile o czwartej nad ranem, naradzając się w jakiejś kwestii, bo tak bardzo wciągnęły nas obliczenia, że trudno nam odejść od komputera – śmieje się Maciej.
Student ma już na swoim koncie pięć publikacji naukowych w zagranicznych czasopismach (jako współautor), a kolejne trzy czekają na publikacje. Do tej pory uczestniczył w dwóch dużych projektach naukowych. W poprzednich latach zdobył m.in. stypendia rektora dla najlepszych studentów i stypendium Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego za wybitne osiągnięcia.
Maciej Polak jest jednym z dwojga studentów Politechniki Wrocławskiej, których w tym roku Diamentowymi Grantami nagrodziło Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego. Drugą laureatką jest Joanna Bednarska.
Resort wskazał 86 projektów naukowych realizowanych przez wybitnych studentów w polskich uczelniach i instytutach. Diamentowy Grant ma im zapewniać niezależność finansową i otwierać szybszą drogę do doktoratu. Już po licencjacie albo po trzecim roku studiów studenci mogą bowiem zostać kierownikami własnych projektów badawczych.
Lucyna Róg
|