Prawie cztery miliony złotych zyskał zespół prof. Arkadiusza Wójsa z Wydziału Podstawowych Problemów Techniki PWr na prace nad projektem, w który będą zaangażowani naukowcy z kilku krajów. Wspólnie chcą stworzyć materiały o podobnych własnościach do grafenu, a jednocześnie mające nad nim pewną przewagę
Materiał idealny i największy wynalazek ostatnich dziesięcioleci – takie określenia padają, gdy mowa o grafenie. Naukowcy podkreślają, że to nadzieja i przyszłość branży technologicznej. Jest niesamowicie wytrzymały, a do tego dobrze przewodzi ciepło i elektryczność. Ma jednak poważną wadę – nie jest półprzewodnikiem, a to oznacza, że komplikacje przy próbach wykorzystania go do konstrukcji urządzeń elektronicznych, np. tranzystora.
Ale i na to naukowcy szukają już sposobu. Istnieją bowiem materiały, które są półprzewodnikami, a jednocześnie mają są podobnie jak grafen strukturę warstwową, pozwalającą na uzyskanie niemal atomowo cienkich płaszczyzn, o charakterystycznej budowie krystalicznej plastra miodu. Oznacza to, że istnieje możliwość łatwego połączenia takich materiałów a grafenem i w ten sposób zintegrowania ich właściwości.
Te materiały to przede wszystkim dwuchalkogenki metali przejściowych jak np. dwusiarczek molibdenu, renu czy wolframu, a siarkę w tych związkach może też zastępować selen. Związki te różnią się między sobą elektrycznymi czy optycznymi własnościami, ale wszystkie mają strukturę podobną do grafenu.
Czternastoosobowy zespół prof. Arkadiusza Wójsa z Wydziału Podstawowych Problemów Techniki PWr zyskał właśnie 3,7 mln zł grantu z Narodowego Centrum Nauki na badanie efektów topologicznych w takich materiałach.
Z Tajwanu do Wrocławia
Grant z programu „Maestro” pozwoli na współpracę z kilkoma ośrodkami naukowymi i uczonymi z uniwersytetów na całym świecie. Bez takiej kooperacji badania nie byłyby możliwe. Najpierw bowiem konieczne jest stworzenie materiału do badań w formie pełnego kryształu. Tym zajmuje się ośrodek w Tajwanie. Stamtąd trafi do Manchesteru i Cambridge, gdzie jest cieniony, czyli odrywane są z niego cieniuteńkie warstwy, co fachowo nazywa się eksfoliacją. Dopiero wtedy jest dostarczany na Politechnikę Wrocławską.
Na naszej uczelni zostaną poddane pomiarom, głównie optycznym, w niskich temperaturach i w silnym polu magnetycznym. Następnie zespół prof. Wójsa zajmie się modelowaniem, we współpracy z partnerami m.in. z Pennsylvania State University w USA.
Może się ono odbywać z zasad pierwszych własności materiału, czyli na podstawie wiedzy, jaką mamy o wzajemnym oddziaływaniu elementarnych cząstek, a zatem pojedynczych atomów albo elektronów. Wiedzę tą odnosimy wówczas do bardziej złożonych układów zbudowanych z wielu cząstek. Korzystając więc np. z prawa Coulomba i mając świadomość jego konsekwencji, jesteśmy w stanie obliczyć, jakie własności będzie miała określona złożona struktura.
Modelowanie jest bardzo istotne dla naukowców, bo pozwala przewidzieć, czy stworzenie danego układu będzie miało sens, innymi słowy - czy jego własności będą odpowiadały oczekiwaniom. Czy będzie to materiał stabilny, jak się będzie zachowywał w wysokiej i niskiej temperaturze, czy będzie przepuszczał światło – na te i inne pytania można odpowiedzieć poprzez modelowanie. Jest to o tyle ważne, że stworzenie konkretnego materiału poprzez eksfoliację może się wiązać się z bardzo dużymi kosztami. Efekty powinny więc odpowiadać zapotrzebowaniu.
Obliczenia związane z modelowaniem w ogromnym stopniu zależą od siły obliczeniowej komputerów, jakimi dysponują naukowcy. Zespół prof. Wójsa będzie więc oczywiście korzystał z Wrocławskiego Centrum Sieciowo-Superkomputerowego, które właśnie wraca do pierwszej setki najpotężniejszych superkomputerów świata.
Naukowcy będą też wykorzystywać informacje uzyskane z eksperymentów , co także pozwoli im próbować przewidzieć, jakie cechy będzie miała dana struktura po połączeniu. – Może się okazać, że to samo zachowanie elektronów, mające konsekwencje dla eksperymentu czy działania urządzenia, nie zależy od tego, czy występują one w dużym czy małym układzie, czy są w materiale, w którym jest wolfram czy ren albo czy jest to układ cieńszy czy grubszy. Stoi za tym głębsza matematyka, która determinuje zachowanie albo własności substancji – opowiada prof. Arkadiusz Wójs. – Tym właśnie zajmuje się topologia. I takie efekty będziemy badać.
Młodzi będą uczyć się od najlepszych
Grant z programu „Maestro” to nie tylko rezultat współpracy prof. Wójsa z naukowcami z zagranicy, ale także wspólnych badań kierowanej przez niego Katedry Fizyki Teoretycznej z Katedrą Fizyki Doświadczalnej, na czele której stoi prof. Jan Misiewicz. Dzięki pieniądzom z Narodowego Centrum Nauki możliwe będzie doposażenie laboratoriów tej drugiej katedry – na potrzeby badań w projekcie. Zakupione zostaną m.in. zaawansowane układy do pomiarów widm fotoluminescencji czy rozpraszania Ramana – z mikrometrową rozdzielczością przestrzenną oraz w niskiej temperaturze (ciekłego helu).
- To będzie tak naprawdę „dozbrojenie” laboratoriów, które już dziś mają świetną aparaturę, jakiej wiele uczelni może nam zazdrościć – opowiada prof. Wójs. – Z myślą o tych badaniach niedawno zakupiliśmy już np. mikroskop sił atomowych czy magnes o mocy 16 tesli, ale prawdziwą dumą laboratorium jest unikalny układ do pomiarów optycznych z wykorzystaniem ultra-krótkich impulsów świetlnych.
Grant pozwoli także ufundowanie ośmiu stypendiów – czterech doktoranckich i czterech dla magistrantów, którzy będą pracować przy tym projekcie. Zostaną wyłonieni w konkursie, a udział w badaniach będzie dla nich dużą szansą na rozwój. Tym bardziej, że w ramach grantu członkowie zespołu prof. Wójsa będą wyjeżdżać na zagraniczne staże i badania oraz zapraszać współpracujących z zespołem naukowców na Politechnikę Wrocławską.
Badania podstawowe mocne na Politechnice
Granty w ramach programu „Maestro” są przyznawane od 2011 r. Zyskują je naukowcy, które pracują nad pionierskimi badaniami naukowymi, często w interdyscyplinarnych zespołach. Stąd też i czas trwania projektów jest długi – naukowcy mają na ich realizację pięć lat. Obecna edycja konkursu Maestro była już szóstą; w grupie nauk ścisłych i technicznych wyłoniono dziewięciu laureatów – pięciu chemików, dwóch fizyków i dwóch matematyków.
- To są granty, które naprawdę trudno zdobyć, a nam na Politechnice Wrocławskiej się to udaje – podkreśla prof. Arkadiusz Wójs. – Wśród laureatów poprzednich edycji „Maestro” są profesorowie Marek Samoć, Aleksander Weron, Jan Misiewicz i Lucjan Jacak – wszyscy z naszej uczelni. To, podobnie jak liczne prestiżowe nagrody naukowe, pokazuje wiodącą pozycję Politechniki Wrocławskiej nie tylko w naukach technicznych, ale także w naukach podstawowych, w których z powodzeniem rywalizujemy z najlepszymi polskimi uniwersytetami.
* Zespół fizyki teoretycznej kierowany przez prof. Arkadiusza Wójsa tworzą m.in. dr Paweł Potasz, dr Paweł Scharoch oraz kilkoro doktorantów i studentów. Fizykami eksperymentatorami, którzy wezmą udział w projekcie, są m.in. prof. Leszek Bryja i dr Joanna Jadczak.
** Prof. Arkadiusz Wójs to specjalista w dziedzinie fizyki materii skondensowanej, a zwłaszcza niskowymiarowych układów elektronowych. Jest laureatem wielu nagród, m.in. Prezesa Rady Ministrów za rozprawę habilitacyjną, Polskiego Towarzystwa Fizycznego im. W. Rubinowicza, Polskiej Akademii Nauk im. S. Pieńkowskiego, a przede wszystkim wspomnianej Nagrody Ministra Nauki „za wybitne osiągnięcie naukowe w kategorii badań podstawowych. Tytuł profesora otrzymał z rąk Prezydenta RP w 2009 r. w wieku 38 lat. Jest autorem bądź współautorem czterech książek i ponad 160 artykułów naukowych indeksowanych w Web of Science. Ma duże doświadczenie pracy naukowej za granicą, m.in. odbył staż doktorski w National Research Council w Kanadzie, staż podoktorski na Uniwersytecie Tennessee w USA i stypendium Marie Curie na Uniwersytecie w Cambridge, a z wykładami odwiedził wiele innych zagranicznych uczelni i ośrodków naukowych. Więcej o profesorze tutaj.
Lucyna Róg
|