Akademickou prémii 2025, ocenění, které se uděluje každý rok třem vynikajícím osobnostem, jejichž minulé výzkumné výsledky jsou příslibem výsledků budoucích, získal vědec Fyzikálního ústavu Akademie věd ČR Lukáš Palatinus. Prémie přináší do jeho výzkumného týmu finanční podporu ve výši 30 milionů korun. V průběhu šesti let z ní lze financovat přístrojové vybavení laboratoří, mzdy spolupracovníků a další náklady výzkumu.
Nesete si z pošty několik velkých obálek – takto se u vás schází vzorky ke krystalografické analýze? Kdo a odkud vám je posílá?
Takto k nám přicházejí vzorky materiálů z různých koutů světa. Posílají nám je převážně akademické instituce, i když občas zpracováváme i vzorky komerční. Čtvrtým rokem například spolupracujeme s vědeckou skupinou z Lublaně, která připravuje sloučeniny vzácných plynů, především xenonu. Analyzovali jsme už desítky jejich vzorků.
Dlouho se předpokládalo, že vzácné plyny jsou zcela netečné a netvoří žádné sloučeniny. Později se ale zjistilo, že to tak úplně není a že např. xenon může reagovat s fluorem nebo kyslíkem. Zmíněná skupina slovinských vědců vyrábí látky, které nikdo jiný vyrobit neumí. A my jsme schopni určit krystalovou strukturu těchto látek. To také umí jen málokdo.
Odkud je ta druhá obálka?
Přišla ze španělského pracoviště, které se zabývá přípravou zeolitů. To je významná skupina látek, které v sobě mají póry, a ty fungují jako chemické nanotovárny. Dokáží absorbovat molekuly a katalyzovat chemické reakce. Je to velmi intenzivně zkoumaná skupina materiálů.
Potřebujeme porozumět, co se v nich děje a tedy znát jejich vnitřní strukturu. To je okamžik, kdy vstupují na scénu naše metody.
Kolik takových vzorků prozkoumáte?
Jsou to první desítky vzorků ročně. Běžně pracujeme třeba měsíc s jedním materiálem. Jeden člověk z týmu obvykle dostane na starost konkrétní vzorek. Nejprve je třeba nasbírat data, tedy strávit čas u elektronového mikroskopu. Po první analýze se obvykle ukáže, že je třeba měřit znovu. A pak je potřeba nasbíraná data pečlivě analyzovat. To vše nějakou dobu trvá. Ostatní k práci přispívají debatami o výsledcích a někdy radou, co dělat, když se objeví nějaký problém.
Jak vypadá výsledek vaší práce, který posíláte zpět do Španělska nebo Slovinska?
To je velice pestré a záleží na tom, proč ta spolupráce vůbec vznikla. Někdy materiál vzniká pro to, aby něco konkrétního dělal, třeba absorboval oxid uhličitý. My jsme podpora pro charakterizaci vzniklého materiálu. Jindy nějaká vědecká skupina „uvaří“ novou látku, která má potenciálně zajímavé vlastnosti – elektrické, optické nebo mechanické. Aby mohli dokázat existenci užitečných vlastností a vysvětlit, proč jsou takové, potřebují znát krystalovou strukturu té látky. V tu chvíli přicházíme na řadu my.
Nejčastěji je výstupem naší práce popis krystalové struktury, tedy textový soubor typu cif – Crystallographic Information File, kde jsou všechny detaily o pozicích a typech atomů v základní buňce krystalu. Tato informace se pak dá dále interpretovat například z hlediska fyzikálních vlastností. O materiálu se takto dovíte to, co nevidíte, když ho změříte a popíšete pouze makroskopicky. Krystalová struktura je základní informace, kterou potřebuje každý, kdo se zabývá materiály.
V roce 2017 jste dostal cenu Nadace Neuron pro mladé vědce. Sven Lidin, který je od letošního léta předsedou Královské švédské akademie věd, o vás tehdy řekl: „Na světě není nikdo, kdo dělá to, co Lukáš (…).“ Platí tohle i dnes?
Už se nedá říct, že to nikdo jiný nedělá. Ale ostatní se to učili od nás a na základě naší práce. Krystalové struktury se neurčují tak, že si je nazvětšujeme a prohlédneme. Určují se nepřímo pomocí fyzikálního jevu zvaného difrakce neboli rozptyl záření na krystalech. To záření nemůže být jakékoli, musí mít správné vlastnosti.
Už před sto lety byla vynalezena metoda rentgenové difrakce. Ale kromě rentgenového se dá použít i jiné záření, které za záření obvykle nepovažujeme – neutrony a elektrony. V rámci kvantové mechaniky se chovají jako záření, tedy jako vlny. To je těžiště naší práce tady. Na oddělení máme skupinu pro rentgenovou difrakci, která je díky práci Vaška Petříčka celosvětově renomovaná.
Já a moje skupina se zabýváme využitím elektronové difrakce. To je metoda, která má kořeny v 30. letech minulého století. Zhruba před dvaceti lety se začala na určování krystalových struktur hojně využívat. Skupin, které se tím zabývají, je víc. My se ale díváme na rozptyl elektronů na krystalech trochu podrobněji a přesněji než ostatní. Většina lidí převzala pro elektronovou difrakci teorii a software používaný i pro rentgenovou difrakci. To dává celkem solidní výsledky, ale není to přesné. My se nespokojujeme s rentgenovou teorií a vyvíjíme vlastní metody a software specifický pro elektrony, a dáváme je k dispozici ostatním.
Kolik lidí s vámi na rozvoji elektronové difrakce pracuje?
V mé skupině je 12 lidí, z toho jeden technik a dva specialisté na programování a vývoj softwaru, dva PhD studenti, čtyři postdoci a tři seniorní vědci. Analýza vzorků, jak jsem ji před chvílí popisoval, je pro nás vlastně spíše vedlejší aktivitou. Tím hlavním cílem je zlepšovat metody takové analýzy a dávat ostatním do rukou nástroje, kterými mohou sami získat nové nebo lepší výsledky. Tím, že analyzujeme vzorky z celého světa, vlastně zabíjíme dvě mouchy jednou ranou. Pomáháme lidem, kteří vyvíjejí materiály a potřebují určit jejich strukturu, ale nemají na to podmínky nebo znalosti, a zároveň v praxi testujeme a vylepšujeme naše metody.
Co pro vás a váš tým znamená Akademická prémie?
Prakticky znamená trochu větší volnost a šanci udržet tým. V akademickém světě člověku prakticky pořád hrozí, že se bude muset s někým rozloučit. Financování týmu je závislé na grantech a když vám jeden končí, ne vždy seženete další. Akademická prémie spolu s dalšími granty, o které usilujeme, nám pomůže pokračovat v započaté práci a zároveň mi dá větší volnost při výběru témat.
Pustíte se díky prémii do nějakých nových věcí?
Akademická prémie pro nás znamená rozvoj ve třech základní směrech. Určování struktur pomocí elektronové difrakce se věnuji 15 let, ale stále je na čem pracovat a co zlepšovat. V tom bych rád pokračoval. Zároveň vidím další výzvy, do kterých bych se chtěl pustit. Než jsem se začal věnovat elektronové difrakci, zabýval jsem se řešením fázového problému v rentgenové krystalografii. To byl první silný impuls v mé vědecké kariéře, když jsem přispěl k pokroku v tomto oboru. S rozvojem možností neuronových sítí a strojového učení mi připadá zajímavé se k problému vrátit a využít nové metody k posunu v problematice. Jsem v kontaktu s lidmi, kteří mají chuť se tomu věnovat, a Akademická prémie je zásadní podnět pro transformaci okrajového zájmu v něco, čím se budu intenzivně zabývat.
A nakonec třetí, trochu divoká, ale zároveň nejzajímavější věc. Svatým grálem zobrazovacích metod je schopnost vidět atomy a určit jejich polohy u nekrystalických látek. Co děláme my s krystaly, je úžasné. Dokážeme určit polohy atomů s velmi dobrou přesností. Ale vše je založené na tom, že atomy jsou v krystalu pravidelně uspořádané. Když vezmeme materiál, kde toto uspořádání není, jako je například sklo, naše schopnost proniknout do struktury materiálu je velmi omezená. Tomu bych se chtěl věnovat. Vidím, že nastal pokrok v technologii i algoritmech, objevila se metoda elektronové ptychografie a ptychotomografie. Myslím, že onen „svatý grál“ je na dosah. Rád bych si elektronovou ptychografii víc osahal, přivedl ji na Fyzikální ústav a vůbec do Česka a přispěl k rozvoji této metody nebo jejímu využití pro analýzu nekrystalických materiálů.
Autorka: Věra Ondřichová
Zdroj: Akademie věd ČR
- Autor článku: ne
- Zdroj: Akademie věd ČR
