Najwyższe odznaczenie Polskiego Towarzystwa Fizycznego po 30 latach ponownie trafiło do uczonego z Wrocławia. Z profesorem Janem Misiewiczem, tegorocznym laureatem Medalu im. Mariana Smoluchowskiego, rozmawiamy m.in. o badaniach, które dały początek jego laboratorium i o recepcie na naukowy sukces.
Przed panem tylko dwóch naukowców z Wrocławia otrzymało prestiżowy medal Polskiego Towarzystwa Fizycznego. Jakie to uczucie dołączyć do tego elitarnego grona?
Jestem niezwykle zaskoczony. Zwłaszcza, że do tej pory, za wyjątkiem 1979 roku, kiedy nagrodzono profesora Włodzimierza Trzebiatowskiego z Politechniki Wrocławskiej, medal dostawali naukowcy z uniwersytetów lub ośrodków PAN-owskich. Ja oczywiście nie mam śmiałości porównywać siebie z profesorem Trzebiatowskim, który był naprawdę wielkim uczonym. Otrzymałem nagrodę za stworzenie „wrocławskiej szkoły badania półprzewodników”, a nasza działalność rzeczywiście budzi zainteresowanie zarówno w kraju, jak i za granicą. Myślę, że właśnie to zostało dostrzeżone.
Ponad dwadzieścia lat temu zbudował pan pierwszy w Polsce układ do spektroskopii modulacyjnej, który okazał się przełomowym rozwiązaniem w badaniu wielowarstwowych struktur niskowymiarowych. Jak do tego doszło?
W 1991 roku w pomieszczeniu w budynku A-1, które dostałem do dyspozycji po wyprowadzającym się laboratorium Wydziału Budownictwa, a gdzie dziś znajduje się „czasówka Marcina Syperka”, umieściliśmy stary, powstały w latach siedemdziesiątych, układ do prostych pomiarów optycznych.
„Czasówka Marcina Syperka”? Co to takiego?
Tak nazywamy najbardziej zaawansowany sprzęt Laboratorium Optycznej Spektroskopii Nanostruktur. Operuje nim głównie doktor Marcin Syperek, a „czasówka” to skrót od nazwy techniki badawczej - spektroskopii rozdzielonej w czasie. Badamy tu ewolucje w czasie procesów optycznych wykorzystywanych na przykład w kwantowej informatyce i kryptografii. Dotyczy to zmian następujących w czasie nano- piko- i femtosekund.
Powróćmy do początków pana laboratorium…
Na przełomie lat osiemdziesiątych i dziewięćdziesiątych ubiegłego wieku pojawiły się tak zwane niskowymiarowe struktury półprzewodnikowe, czyli takie, w których na odpowiednim podłożu nanoszone są warstewki różnych materiałów o grubości od kilku do kilkudziesięciu nanometrów każda. Najkrócej mówiąc, w oparciu o takie struktury powstały niezwykle zaawansowane lasery, służące między innymi do wprowadzania sygnału do światłowodu lub zapisywania danych na płytach CD i DVD, a potem w technologii blue-ray. Zatem badania czysto podstawowe doprowadziły do stworzenia fantastycznych urządzeń o niezwykłym zastosowaniu praktycznym. W tamtym czasie wpadłem na pomysł zbudowania układu do optycznego, bezkontaktowego testowania struktur półprzewodnikowych. Opracowaliśmy nieinwazyjną, prostą i, jak się okazało, wyjątkowo skuteczną metodę. Dodam, że była ona również niezwykle tania, bo na początku do testów wykorzystywaliśmy szkolny laser helowo-neonowy. Przeliczając na dzisiejsze pieniądze kosztował on jakieś sto złotych.
Na czym polegały badania?
Testowaliśmy, jak materiał absorbuje światło. Nie dało się tego zrobić wprost, ponieważ podłoże, na którym znajdowały się struktury, było nieprzezroczyste. Zastosowaliśmy więc inny sposób. Mierząc to, co się odbija - a nie przechodzi przez podłoże, w obecności zmiennego pola elektrycznego, generowanego w strukturze za pomocą przerywanej wiązki laserowej, otrzymaliśmy informację o interesujących nas procesach absorpcji. Ponieważ pomiary emisji światła z badanej struktury są prostsze, zatem dysponowaliśmy równocześnie informacjami o procesach wzbudzania i rozładowywania optycznego struktury. Proste obliczenia teoretyczne łącznie z informacjami z pomiarów pozwalały wyznaczyć wszystkie interesujące nas parametry - ważne dla działania badanej struktury jako lasera.
Kto zainteresował się tą techniką?
Partnerów szukaliśmy najpierw na Politechnice Wrocławskiej - współpracował z nami profesor Marek Tłaczała, a później wśród ośrodków warszawskich. Kiedy okazało się, że jesteśmy w stanie wykonywać więcej badań, nawiązaliśmy kontakty z ośrodkami naukowymi w Kopenhadze, Nottingham i w Niemczech. Naszym stałym i głównym partnerem, którego materiały badamy od 1999 roku, stało się Laboratorium Nanostruktur na Uniwersytecie w Würzburgu, kierowane przez profesora Forchela. Uczestniczyliśmy w kilku wspólnych projektach europejskich, m.in. w pracach nad optymalizacją laserów do telekomunikacji światłowodowej, laserami stosowanymi w urządzeniach do wykrywania lotnych substancji szkodliwych.
Kieruje pan trzydziestoosobowym zespołem badaczy.
Teraz, łącznie z doktorantami, jest nas około trzydziestki. Zaczynaliśmy z dwoma kolegami - Leszkiem Bryją i Zbyszkiem Gumiennym. Obecny zespół jest bardzo zgrany. To dobrze funkcjonująca grupa młodych, ambitnych ludzi. Są bardzo aktywni, wyjeżdżają na zagraniczne staże, biorą udział w dużych projektach badawczych. Wielu osiągnęło już naukową samodzielność – sami zdobywają fundusze, nawiązują kontakty z zagranicznymi partnerami. Atmosfera w laboratorium jest niezwykle przyjazna, co sprawia, że praca z moim zespołem to ogromna przyjemność. Muszę przyznać, że mam ich za co cenić.
Czym panu imponują?
Mają zadatki na wspaniałych badaczy i znakomitych nauczycieli akademickich. Obok ich pasji naukowej podziwiam też wytrwałość i zaangażowanie w pozyskiwanie środków finansowych. To właśnie dzięki uporowi moich podopiecznych, a także zasadzie, że połowa środków ze wszystkich otrzymanych grantów jest przeznaczana na sprzęt, nasze laboratorium jest tak dobrze wyposażone. W ramach rozwoju badań dokonaliśmy ważnego przełomu, związanego z połączeniem dwóch bardzo często rozłącznych światów – fizyki teoretycznej i doświadczalnej. Pierwszy był Leszek Bryja, który porozumiał się z wybitnym teoretykiem, profesorem Arkadiuszem Wójsem. Jeden stosował super zaawansowane metody eksperymentalne – rozszerzając prowadzone u nas pomiary na zakres znacznie silniejszych pól magnetycznych, dostępnych w laboratorium w Grenoble, a drugi supernowoczesne metody teoretyczne. Efektem tej współpracy jest seria fantastycznych prac naukowych, habilitacja Leszka Bryi oraz niedawno przyznany grant na zakup kolejnej bardzo ważnej aparatury do naszego laboratorium. Znakomicie układa się też współpraca z drugim wybitnym teoretykiem z Instytutu Fizyki, profesorem Pawłem Machnikowskim. Współpracuje z nim głownie Grzegorz Sęk, a wyniki ukazują się w czasopiśmie naukowym Physical Review.
Czy dużo osób chce prowadzić badania w pana laboratorium?
Dużo. Sukcesy naszego zespołu przyciągają studentów i młodych badaczy, ale nasze laboratorium nie jest w stanie przyjąć wszystkich chętnych. Jednak nie dziwię się, że chcą prowadzić u nas badania, wykonywać prace magisterskie i doktorskie, bo nasi absolwenci nie mają najmniejszych problemów z rozpoczęciem kariery ani w kraju, ani za granicą.
Jaki jest, pana zdaniem, przepis na naukowy sukces?
To przede wszystkim ludzie. Zdolny, zgrany zespół jest dla rozwoju badań najważniejszy. W pojedynkę nawet najlepszy profesor nie byłby w stanie konkurować ze światem. W naszym zespole powstały już cztery rozprawy habilitacyjne, a każda z nich otwiera nowy kierunek badań. W grupie wykształciła się szóstka liderów, każdy z nich specjalizuje się w innym rodzaju badań. O profesorze Leszku Bryi już mówiłem. Teraz Grzegorz Sęk, który po rocznym stażu podoktorskim w Würzburgu opublikował artykuł w Nature. To był sukces, jakiego nawet nie byliśmy sobie w stanie wyobrazić. Do dziś jest to najczęściej cytowany artykuł, którego autorem jest pracownik naukowy Politechniki Wrocławskiej. Grzegorz ma też olbrzymie zasługi w badaniu kropek kwantowych. Jako pierwszy opublikował pracę, w której pokazał, że można zastosować naszą technikę absorpcyjną, a więc optycznej spektroskopii modulacyjnej, do badania tak niewielkiego obiektu jak kropki kwantowe. Obecnie, już jako profesor, specjalizuje się w badaniach pojedynczych kropek kwantowych, które mają zastosowanie w kryptografii kwantowej. Filarem naszego laboratorium i grupy badawczej jest profesor Robert Kudrawiec. Kontynuuje najwięcej tradycyjnych badań w spektroskopii modulacyjnej, a jego „działka” to nowe materiały i struktury. Robert ma bardzo bogate kontakty międzynarodowe, otrzymuje materiały do badań z całego świata. Odbył staż podoktorski na Uniwersytecie Stanforda, a obecnie jest wizytującym badaczem na Uniwersytecie w Berkeley. Zajmuje się tam strukturami półprzewodnikowymi do ogniw słonecznych nowej generacji. To on w naszym zespole ma największą liczbę publikacji w czasopismach fizycznych najwyższej rangi. Nasz kolejny wybitny badacz to doktor Marcin Syperek.
Ten od „czasówki”?
Tak, zajmuje się pomiarami optycznymi w funkcji czasu. Zrobił doktorat łączony, co wiązało się z tym, że w trakcie studiów doktoranckich odbył dwuletni staż u jednego z najlepszych europejskich specjalistów w tej dziedzinie, profesora Manfreda Bayera z Uniwersytetu w Dortmundzie. Marcin pracował tam bardzo ciężko, schudł kilka kilogramów, ale było warto. Zrobił fantastyczną publikację, został pierwszym autorem artykułu w najbardziej prestiżowym czasopiśmie fizycznym Physical Review Letters, a dosłownie kilka miesięcy po obronie zaczął uruchamiać aparaturę do pomiarów rozdzielonych w czasie w naszym laboratorium. Pozyskanie środków na ten sprzęt nie było łatwe. Musiałem przez kilka lat powtarzać wystąpienie do ministerstwa z wnioskiem inwestycyjnym, ale się udało. I udało się świetnie - w tej chwili Marcin jest jednym z dwóch najlepszych specjalistów w tej dziedzinie w kraju. Doktor Marcin Motyka to najmłodszy stażem członek grupy liderów. Jego stanowisko badawcze nie zostało jeszcze w stu procentach wyposażone, ale kiedy tak się stanie, będzie to unikatowy układ do badania wszystkich procesów optycznych w dalekiej podczerwieni. W tej chwili jest ogromne zapotrzebowanie na tego typu pomiary, przede wszystkim ze względu na zastosowania technik terahercowych w czujnikach. Można je wykorzystywać na przykład do kontroli bezpieczeństwa pasażerów na lotniskach, zamiast groźnych dla zdrowia promieni rentgenowskich.
Tematyka badawcza pana laboratorium obejmuje również nanokryształy. Co to takiego i kto w zespole się tym zajmuje?
Specjalistą w tej dziedzinie jest doktor Artur Podhorodecki. Artur już w trakcie wykonywania swojego doktoratu zasugerował, żebyśmy nie zajmowali się jedynie strukturami zamkniętymi w materiale. Zaczął badać nanokryształy, które przybierają formę pyłku, proszku czy zawiesiny, a znajdują się na przykład w kremach z filtrami do opalania się. Oczywiście nie zajmujemy się takimi nanomateriałami. Badane przez nas nanokryształy mają być zastosowane jako znaczniki biologiczne, do nanoobrazowania oraz w konstrukcji ogniw słonecznych trzeciej generacji. Początkowo materiały były sprowadzane z różnych ośrodków z całego świata. W końcu jednak doktor Podhorodecki doprowadził do tego, że w naszym Instytucie dysponujemy technologią wytwarzania własnych nanokryształów. Mają bardzo ciekawe właściwości, a wyniki naszych badań publikowane są w najlepszych czasopismach nanotechnologicznych. Mam nadzieję, że o badaniach Artura zrobi się głośno, na razie kończy przewód habilitacyjny.
Dużo mówi pan o współpracy z zagranicą. Jak ważne w pracy naukowca są międzynarodowe kontakty?
Świat nie składa się z izolowanych ośrodków. Bez pracy zespołowej nie ma postępu. Bez kontaktów z zagranicą rozwój naszego laboratorium nie byłby możliwy. W naszej pracy często potrzebujemy technologii, której na naszej uczelni, w naszym kraju, po prostu nie ma. Brak partnerów z zagranicy oznaczałby wyłączenie, a wręcz niedopuszczenie do projektów europejskich.
Rozmawiała Joanna Pająk