Meno 34-ročného Košičana Jozefa Kačmarčíka sa dnes skloňuje v súvislosti s pozoruhodnými výsledkami vo svete vedy. Najprestížnejší vedecký časopis Nature priniesol v poslednom čísle senzačnú správu z francúzskeho Grenoblu o dosiahnutí supravodivosti v kremíku. Podarilo sa to medzinárodnému tímu, v ktorom bol aj mladý výskumník z Ústavu experimentálnej fyziky Slovenskej akadémie vied (SAV).
Čo sa vlastne udialo v Grenobli?
Špeciálnou laserovou technikou sa nám podarilo dostať do čistého kremíka niekoľko percent atómov bóru. To viedlo ku zvýšenej koncentrácii nosičov elektrického prúdu a k takzvanému chemickému tlaku s nasledujúcim prechodom materiálu do supravodivého stavu pri teplote 0,35 stupňa nad absolútnou nulou. Pripomeniem, že absolútna nula zodpovedá teplote mínus 273 stupňov Celzia.
Prekvapil tento prelom aj samotných výskumníkov?
Už dlhšie sa síce predpokladalo, že kremík by sa po dopovaní bórom mohol stať supravodičom, ale doteraz sa to nepodarilo. Výsledok preto potešil.
Prečo vedcom tak veľmi záleží práve na supravodivosti kremíka?
Kremík je popri oceli, skle a betóne najdôležitejším technickým materiálom súčasného sveta. Tvorí základ všadeprítomnej elektroniky a informačných technológií. A hoci tu supravodivosť zatiaľ funguje len pri veľmi nízkych teplotách, veľkým prísľubom je možnosť využiť jej výhody v mikroelektronike, ktorá stojí práve na kremíku.
Vo výskumnom tíme vás bolo jedenásť, vaše meno je medzi autormi v Nature uvedené na štvrtom mieste. Aký je vlastne váš podiel na výsledkoch tímu?
Mojou úlohou počas trojmesačného pobytu v Grenobli bolo pripraviť experiment a pri nízkych teplotách merať elektrické vlastnosti vzoriek pripravených francúzskymi kolegami. Vlastný podiel by som nepreceňoval, bol to úspech celého kolektívu. Jednoducho, nachádzal som sa v správnom čase na správnom mieste.
Prečo však Francúzi prizvali do tímu niekoho zo slovenského ústavu, a nie z rakúskeho alebo nemeckého?
Centrum fyziky nízkych teplôt v našom ústave je jedným z mála pracovísk vo svete a jediným v strednej Európe, ktoré pokrýva rozsah teplôt už od 50 milióntin stupňa nad absolútnou nulou. Aj pri nízkom rozpočte v minulých rokoch sme dosahovali výsledky, ktoré pravidelne zverejňovali renomované fyzikálne časopisy v zahraničí. Okrem toho naše oddelenie mnoho rokov spolupracuje s viacerými svetovými laboratóriami. Počas jedného z pobytov v Laboratóriu vysokých magnetických polí v Grenobli sa zrodila aj spolupráca s vedcami z Laboratória pre výskum elektronických vlastností tuhých látok pri CNRS, čo je francúzska obdoba SAV. Prizvali ma do svojho tímu ako odborníka na štúdium nových vzoriek rôznych materiálov pri nízkych teplotách.
O supravodivosti tuhých látok sa už vie takmer sto rokov, až v posledných desaťročiach sa však jej výskum stal jednou z najsľubnejších oblastí fyziky. Čím to je?
Najprv si povedzme, že supravodivosť je fyzikálny jav, pri ktorom materiál stráca elektrický odpor a vytláča magnetické pole. Jav má fantastické možnosti technického využitia. Predstavme si už len to množstvo energie, ktoré by sa ušetrilo, keby elektrinu privádzali z elektrární k spotrebičom supravodiče. Možnosti sú však naďalej obmedzované tým, že supravodivosť funguje zatiaľ len pri nízkych teplotách. Klasické supravodiče vyrobené na základe nióbu, z ktorých sú napríklad vinuté magnety v lekárskych tomografoch alebo v urýchľovačoch elementárnych častíc, je potrebné chladiť kvapalným héliom. To vrie pri štyroch Kelvinoch, čo je mínus 269 stupňov Celzia. Už dvadsať rokov pracujú fyzici na vývoji takzvaných vysokoteplotných supravodičov z oxidov medi, ktoré fungujú pri teplotách pod mínus 135 stupňov Celzia. Ide však o fyzikálne aj technologicky veľmi zložité systémy.
Váš ústav prispel pred časom k objavu, ktorý ponúka jednoduchší systém, ako sú vysokoteplotné supravodiče. Môžete priblížiť, o čo ide?
Objavením vysokoteplotnej supravodivosti sa našli materiály s priaznivými hodnotami kritických parametrov. Kritická teplota, pri ktorej sa tieto látky stávajú supravodivými, je dostatočne vysoká, aby na ich chladenie stačil kvapalný dusík. Ten je podstatne lacnejší ako kvapalné hélium. Ani takmer dve desaťročia intenzívneho výskumu týchto materiálov však neviedli k ich masovému využitiu. Vrstevnatá štruktúra a keramický charakter vysokoteplotných supravodičov sťažujú prípravu vodičov a výrazne zvyšujú náklady na ich výrobu. V porovnaní s nimi je diborid horčíka (MgB2) materiálom s jednoduchou kryštálovou štruktúrou a možno z neho vyrábať tenké filmy, pásky či drôty. Jeho kritická teplota, nezvyčajne vysoká pre klasické supravodiče, sa spája s takzvaným dvojmedzerovým charakterom supravodivosti. Túto nezvyčajnú vlastnosť experimentálne potvrdili práve na našom oddelení kolegovia Peter Samuely a Pavol Szabó. Kritická teplota prechodu MgB2 do supravodivého stavu je síce v porovnaní s vysokoteplotnými supravodičmi niekoľkokrát nižšia, ak sa však podarí zlepšiť jeho ďalšie charakteristiky, čakajú diborid horčíka veľké perspektívy.
Podarí sa raz vyrobiť relatívne lacný materiál, ktorý by bol supravodičom pri izbovej teplote? Čo to bude znamenať?
Dúfam, že áno. Znamenalo by to prevrat v mnohých oblastiach techniky. Umožnilo by sa masové použitie supravodivosti či už v silnoprúdových alebo slaboprúdových oblastiach. Od superrýchlych supravodivých prechodov, základu budúcich počítačov, až po vysokoprúdové transformátory, zásobníky čistej elektrickej energie, magneticky sa vznášajúce vlaky… Teória supravodivosti nepochybne patrí medzi najväčšie výtvory minulého storočia, nedokážem však predpokladať, akou cestou sa bude výskum uberať. Preto aj na úrovni základného výskumu v podstate naďalej experimentujeme s novými materiálmi. Jedno je však isté – výskum sa ustavične zrýchľuje a pravdepodobne už čoskoro prinesie ďalšie zaujímavé výsledky.
Nemáte ponuky odísť pracovať do zahraničia?
Áno, také ponuky skutočne sú. Medzinárodná spolupráca mi umožňuje navštevovať zahraničné laboratóriá, čo je pre moju prácu priam nevyhnutné, no dlhodobo pracovať v zahraničí ma neláka. Finančné hľadisko pre mňa nie je dostatočne motivujúce, pretože rodinu a priateľov mi tam nikto nenahradí. V Košiciach mám vynikajúce pracovné podmienky a je tu skvelý kolektív.
A neťahá vás to aspoň do Bratislavy? Nie sú Košice a košická veda tak trocha v tieni hlavného mesta?
Na sťahovanie nie je dôvod. Košice za Bratislavou v ničom nezaostávajú. Čo sa týka vedy, medzi oboma mestami nie je rivalita a napätie, ale súťaživosť, ktorá podporuje zvyšovanie úrovne vedeckého výskumu na Slovensku. Niektoré projekty riešime priamo v spolupráci s výskumnými tímami z Bratislavy.
-------
RNDr. Jozef Kačmarčík, PhD. (34)
Narodil sa v Starej Ľubovni. Pôvodne sa chcel stať strojárom, neskôr učiteľom matematiky a fyziky. Po skončení Prírodovedeckej fakulty UPJŠ v Košiciach pokračoval ako doktorand a od roku 2002 ako vedecký pracovník Ústavu experimentálnej fyziky SAV. Dnes pôsobí v jeho Centre fyziky veľmi nízkych teplôt, kde sa venuje problémom supravodivosti.
