AMULET pro šťastný start ve vědě

MATFYZ

Potkají se Francouz, Slovák a Ital… Tak by mohla začínat nejedna anekdota, ale v našem případě tak začala spolupráce studentů v rámci projektu AMULET pod vedením dr. Dominiky Zákutné z Katedry anorganické chemie Přírodovědecké fakulty UK.

Fyzik Romain Conan (R.C.), který studoval také na Matfyzu, a dva chemici Štefan Hricov (Š.H.) a Cristian Pilloni (C.P.) v rámci svých doktorátů rozvíjejí syntézu nových nanomateriálů s přesně definovanými strukturními i fyzikálně chemickými vlastnostmi. Jak hodnotí ze svého pohledu práci v tak velkém projektu a jaké cesty do budoucna jim otevírá? Proč vyměnili jižní Francii nebo Sardinii za Českou republiku? A proč je baví pohybovat se na pomezí chemie a fyziky? Nad tím vším jsme s nimi a jejich vedoucí Dominikou Zákutnou (D.Z.) přemýšleli přímo v jedné z laboratoří, kde svůj výzkum provádějí.

Spolupráce v rámci projektu AMULET je nesmírně široká. Jaké části se věnuje vaše skupina?

D.Z.: Naše skupina se zaměřuje hlavně na syntézu multifunkčních nanomateriálů v 0D měřítku (Jako 0D se označují nanomateriály v měřítku menším než 100 nm ve všech směrech – pozn. red.). Takže připravujeme nanočástice, které mají žádané magnetické, elektrické nebo optické vlastnosti, a pak se snažíme definovat jejich odpověď na nejrůznější vnější faktory. Podstatu určité odpovědi pak hledáme v mikrostruktuře konkrétního nanomateriálu.

Ještě zajímavější je cílené spojování více různých vlastností v jednom materiálu a jejich definování na základě vnitřní struktury. V rámci projektu pak tyto 0D materiály slouží k přípravě komplexnějších nanomateriálů požadovaných vlastností. Takže naše práce je, řekněme, jedním ze základních kamenů.

Pracujeme s kovy nebo různými oxidickými materiály se specializací hlavně na syntézu spinelových a perovskitových struktur.

Co je podle vás na této práci nejzajímavější?

D.Z.: Podle mě je pro studenty nejzajímavější fakt, že nejde o jednooborovou činnost. Spojujeme chemii s fyzikou a také se simulacemi na základě teoretických predikcí. Dva členové týmu jsou chemici, jeden fyzik. A nakonec fyzik dokáže dělat chemickou syntézu a chemici dokážou dělat fyziku. Takže díky tomu získávají znalosti napříč obory včetně příslušného teoretického zázemí.

Navíc se konkrétně naše skupina specializuje na charakterizování vlastností připravovaných nanomateriálů prostřednictvím pokročilých technik, zejména s využitím neutronového a synchrotronového záření. Takže jsme v úzké spolupráci se špičkovými pracovišti, která mají k dispozici neutronové reaktory nebo synchrotrony. To určitě není samozřejmá a běžná věc. Přínosné je i poznání organizace výzkumu na takových zařízeních, kdy se musí podávat vědecký návrh na experiment, ten se následně v rámci soutěže hodnotí komisí a celý proces pokračuje až k možnosti provést konkrétní měření, pokud je návrh hodnocen jako kvalitní a přínosný.

C.P.: Pro mě jako studenta je to velká výzva. Pohybujeme se na pomezí chemie a fyziky a já jsem původním školením chemik, takže zvládnout všechny fyzikální koncepty do detailu není opravdu úplně snadné. Aktivně se ale v této věci školím, abych s tím vším dokázal nakládat. A určitě je také velkou výzvou práce s nejlepšími světovými pracovišti v rámci pokročilého testování. Když si člověk uvědomí, že komunikuje s laboratořemi, v nichž jsou mnohdy nejlepší vědci světa, tak to opravdu někdy není snadné. Ale dává mi to hodně a celé to prostředí mě doslova nutí být lepší a lepší…

… abyste nakonec zjistil, že chemie je jen součástí fyziky…

Tak řekl bych, že chemie není jen součástí fyziky. Přeci musím svůj obor trochu bránit… Ale je fakt, že když se pohybujeme v nanoměřítku, tak už oba ty obory jdou paralelně spolu. A pokud se posuneme do ještě menších škál, tak už se opravdu prolínají tak, že je někdy nelze odlišit. Takže ten váš vtip platí i neplatí zároveň.

R.C.: V mém případě je to právě naopak, protože jsem především fyzik a musím se naopak učit hodně z chemie. A je to opravdu zajímavé, protože jak už zmínil Cristian, v nanorozměrech vlastně nelze dělat chemii bez fyziky a fyziku bez chemie. A speciálně při spojování různých vlastností materiálu prostě musíte využít kombinaci fyzikálních i chemických technik.

Takže člověk musí vykročit ze své komfortní zóny, kde si je jistý. Ale to je pro další vědecký růst naprosto skvělé.

Š.H.: Já jsem to měl o něco jednodušší, protože jsem vystudoval bakalářskou chemii, ale pak jsem nastoupil na meziooborové studium chemie a fyziky materiálů, takže jsem se setkal o něco dříve s oběma pohledy a také jsem měl asi více času, aby se mi v hlavě propojovaly.

Pro mě je v tomto projektu nejzajímavější, že na konkrétním vzorku pracuju od začátku až do konce a projdu si tak úplně všechny nutné kroky, od syntézy přes měření až po charakteristiku vlastností. Takže znám celou cestu konkrétního vzorku a sám poznávám její vnitřní závislosti, například jak moc syntéza ovlivňuje konečné vlastnosti. Nejsem odkázaný na data dalších a to je nesmírně obohacující zkušenost.

Jak se tato po všech stránkách pestrá skupina dala dohromady?

D.Z.: Víte, jak začíná dobrý vtip? Potkají se Francouz, Slovák a Ital… Ale doopravdy moje skupina vznikla vlastně pozvolně. Mým prvním studentem byl Štefan, kterého jsem zapojila do laboratorní práce už v průběhu jeho bakalářského studia. To dělám dost pravidelně, že oslovuji motivovanější studenty a nechám je vyzkoušet něco v laboratoři. A některé to baví natolik, že u toho hned zůstanou.

Zajímavý případ je Romain, který byl jako student fyziky na Erasmu na Matematicko-fyzikální fakultě v době covidu. Tehdy bylo všechno online, ale on se zajímal i přesto o laboratorní práci a chtěl si to vyzkoušet doopravdy. Tak jsme se dohodli a Romain udělal spoustu skvělé práce, až se člověk diví, že fyzik někdy dokáže dělat lepší syntézy než chemik. Pak se vrátil do Francie, kde dostudoval magisterské studium, a následně mě kontaktoval, zda by se mohl vrátit do mé skupiny jako doktorand.

Cristian se sem dostal přes mé vazby na univerzitu v italském Cagliari, kde rozvíjíme spolupráci ohledně magnetických a oxidických materiálů. Byl tu už na Erasmu, kdy jsem byla školitelkou jeho magisterské práce. A protože je nesmírně pečlivý a hloubavý, tak jsem ho po dohodě s italskými kolegy také vzala na doktorské studium do Prahy.

Konkrétní rozhodnutí o další kariéře většinou nezávisí jen na odborných parametrech, ale má nepochybně i nějaký osobní a sociální rozměr. Okouzlila vás tedy něčím dalším Česká republika?

C.P.: Samozřejmě, že jsem si Českou republiku docela oblíbil, ale je to vždycky těžké rozhodnutí, zda a kde strávíte čtyři další roky svého života. Fakt je, že Praha je krásné historické město, nicméně mě u vás zaujal především propracovaný systém veřejné dopravy. Vím, že to mnoho lidí bere jako samozřejmost, ale já pocházím z malé vesničky na Sardinii, pak jsem studoval v Cagliari, což je ve srovnání s Prahou také malé město, a vaše veřejná doprava mě prostě uchvátila.

Ale hlavní vliv na mé rozhodnutí měla naše skupina a celkové prostředí, ve kterém člověk pracuje a studuje, že má velkou volnost v rozhodnutích, co konkrétně chce dělat.

R.C.: Pocházím z jihu Francie, a proto mi připadá, že Česká republika je skvěle umístěna v rámci Evropy. V podstatě je všude blízko, což platí i o velkých výzkumných centrech, s nimiž spolupracujeme. A také jsem se na Erasmu zamiloval do Prahy. Takže je to asi podobné, jak zmínil Cristian. Naše skupina navíc pracuje na projektu, který je pro další kariéru z mého hlediska hodně přínosný, a jsem v ní velmi rád.

Š.H.: Jako Slovákovi je mi Česká republika velice blízká, takže ten sociální rozměr celé věci byl pro mě hodně podstatný. Ale stejně důležité jsou všechny možnosti, které tu pro výzkum máme, všechny zkušenosti a celý náš tým, to mohu jen potvrdit.

Když se ještě vrátíme do vzdálenější minulosti, jak jste vnímali fyziku a chemii, nebo obecně přírodní vědy, na střední škole?

C.P.: Pro mě je to podružná otázka. Vybral jsem si sice střední školu se zaměřením na přírodní vědy, která připravovala na univerzitní studium stejného zaměření, ale z mého pohledu byl trochu problém, že jsem se tam nedozvídal zdaleka všechno, co mě zajímalo nebo co jsem chtěl. A na to jsem zareagoval tak, že jsem začal se samostudiem ve velkém. To mě naučilo samostatnosti, kterou jsem později tolik využil na vysoké škole. Shrnul bych to tak, že střední škola mě moc nemotivovala, ale vlastně mě mimoděk naučila, jak studovat. Chápu, že to někomu bude znít trochu podivně…

R.C.: … já chtěl být jako dítě veterinář. Ale na střední škole jsme měli už ve druhém ročníku možnost seznámit se s nanomateriály. Takže jsme chodili na návštěvy různých výzkumných ústavů a podobně. Od té chvíle jsem věděl, že chci pracovat v oblasti nanotechnologií. Sestavil jsem si další výuku tak, aby se zaměřovala právě tímto směrem, a následně jsem pokračoval i na vysoké škole. Od takových dvanácti let mě tedy tato oblast intenzivně zajímá.

Š.H.: Podobně jako Romain, já měl původně plán být lékařem, takže jsem neopomíjel předměty jako biologie nebo chemie. Jenže pak jsem se začal účastnit fyzikální olympiády a chemické olympiády. Na gymnáziu jsem se seznámil s kategorií A chemické olympiády, kde jsem poprvé poznal fyzikální chemii, takže se to všechno nějak propojilo, měl jsem i nějaké programátorské schopnosti.

Projekt AMLUET je mimořádně ambiciózní a široce zaměřený. Jaká z toho pro vás vyplývají rizika?

D.Z.: Pro náš tým konkrétně bylo největší výzvou dosažení syntézy monodisperzních částic, aby například jejich morfologie byla v celém vzorku stejná, aby měly stejnou velikost apod. V současnosti totiž většina publikací diskutuje materiály, které mají dost různorodou vnitřní strukturu, a pak i jejich vlastnosti, nebo přesněji odpovědi na vnější podněty, je možné definovat jen nějak průměrně.

Naším cílem tedy bylo připravit skutečně monodisperzní částice s přesně definovanými vlastnostmi. A to se nám doposud podařilo v průběhu prvního roku už u mnoha vzorků, všechny naše nanomateriály lze také velmi dobře nezávisle replikovat a jejich syntézu přesně řídit.

Teď máme před sebou další úkol, to už jsem naznačila v úvodu. Tím je řízení více fyzikálních vlastností najednou, což znamená udělat druhou homogenní vrstvičku na předchozích plně charakterizovaných nanočásticích z jiného materiálu. I tady už máme velmi slibné výsledky, i když konkrétní syntézy je v mnoha případech ještě nutné lépe promyslet.

A konečně je tu riziko měřítka. Je zřejmé, že laboratorní příprava nějakého malého množství vzorku se liší od výroby ve větším měřítku.

Samozřejmě, musíme počítat i s komplikacemi při využívání pokročilých metod charakterizace na velkých výzkumných infrastrukturách, ale to můžeme ovlivnit jen do určité míry. A musím konstatovat, že náš tým už získal v těchto institucích docela velkou důvěru.

Pokud je vaše práce už mezinárodně uznána, například v neutronové komunitě, určitě je to významné i pro všechny další případné projekty do budoucna. Přemýšlíte už o budoucnosti nejen v rámci projektu AMULET, ale i celé své další kariéry?

Š.H.: Po skončení doktorátu zvažuji kariéru v průmyslu. Samozřejmě, člověk musí být flexibilní a otevřený. Takže pokud by byla nějaká atraktivní nabídka z hlediska tématu v akademické sféře, tak se tomu nebráním. Prioritně bych ale chtěl své poznatky přenést do průmyslu, pravděpodobně spíše v rámci Evropy, než přímo v České republice, i když i tady už se pomalu rozvíjejí nová odvětví, která budou toto know-how potřebovat.

C.P.: Ve spojení s tímto projektem je, samozřejmě, mým cílem naplnit všechny záměry, které před naším týmem ještě stojí. A z mého osobního hlediska doufám, že mi projekt pomůže k vědeckému růstu a že na jeho konci už budu etablovaným vědcem. Určitě mi v tom pomáhají kontakty s vynikajícími pracovišti po celé Evropě a hlavně se skvělými vědci. O tom už jsem trochu mluvil. A po skončení doktorátu se před námi všemi otevírají dvě možnosti. Jít do praxe, nebo zůstat v akademické sféře. V danou chvíli ještě opravdu nevím, která z cest pro mě bude lepší. Obě mají svá pro i proti a myslím, že v mém případě to ukáže až čas.

R.C.: To je opravdu těžká otázka, protože AMULET nám otevírá spoustu možností. Můžeme se dále věnovat chemii i fyzice, a to jak v soukromých firmách, tak v akademické sféře. Navíc jsme v kontaktu s výzkumnými infrastrukturami, takže můžeme pokračovat i tam, například v rámci neutronové vědecké komunity. Ale můžeme to také všechno nějak střídat a přitom zůstat v akademické sféře. Momentálně je o naše obory v tomto pojetí veliký zájem a nepochybně se budou otevírat další a další pracovní místa i v akademické sféře. Je ale těžké odhadnout, co všechno přijde. Rozhodně si nemyslím, že bychom měli o práci nouzi.

Cílem projektu AMULET (Advanced MUltiscaLe materials for key Enabling Technologies) je vyvinout progresivní, tzv. multiškálové materiály se širokým aplikačním potenciálem, např. v elektrotechnice, lékařství či environmentálních technologiích. Na projektu spolupracuje 8 partnerů. Koordinátorem je Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR, dalšími členy konsorcia pak jsou IOCB Prague – Institute of Organic Chemistry and Biochemistry, Přírodovědecká fakulta UJEP, Ústav fotoniky a elektroniky AV ČR, v.v.i., Fyzikální ústav Akademie věd ČR, Matematicko-fyzikální fakulta a Přírodovědecká fakulta Univerzity Karlovy, Ústav jaderné fyziky AV ČR a VŠCHT Praha. Projekt získal finanční podporu z OP Jan Amos Komenský Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy a je spolufinancován z fondů EU.

Zdroj: MATFYZ