Martin Setvín má za sebou skutečně skvělé období. Loni získal grant ERC CZ na výzkum polaronů v pevných látkách. Letos na podzim otiskl časopis Science Advances poslední objevy jeho vědecké skupiny. A rok 2024 završil prestižním ERC Consolidator grantem! „Polarony jsou elektrony, které ´uvíznou´ v krystalické mřížce a tím ovlivňují třeba elektrickou vodivost, katalytické vlastnosti materiálu, nebo mohou zajišťovat vysokoteplotní supravodivost,“ vysvětlují členové výzkumného týmu, (zprava) Martin Setvín, Jesus Redondo a Pavel Kocán z Matfyzu. Ke zkoumání těchto specifických elektronů používají na Katedře fyziky povrchu a plazmatu MFF UK unikátní metodu a mikroskop, který dokáže měřit s přesností na setinu atomu.
Výzkum, jehož poslední výsledky vám zveřejnil časopis Science Advances, jste mohli uskutečnit právě díky loňskému grantu ERC CZ. A jak to všechno souvisí s nynějším ERC Consolidator?
Martin Setvín: Na to lze odpovědět různými způsoby (smích). Výsledky, jež jsou v časopise otištěny, jsem začal dávat dohromady už před pěti či šesti lety na mém předchozím působišti na Technické univerzitě ve Vídni. Průlomové experimenty jsme udělali v rámci projektu GAČR EXPRO, díky kterému jsem se mohl vrátit do Prahy a založit laboratoř. Tyhle výsledky jsou natolik slibné, že umožnily získání velkého projektu ERC CZ zaměřeného konkrétně na polarony. A nyní tedy také získání ERC Consolidator.
Pavel Kocán: Výzkum, kde narazíte na zcela novou a neočekávanou fyziku, většinou financujete ze zdrojů, které máte v daný moment k dispozici. Nový grant zaměřený na tento konkrétní objev potom získáte mnohem snáz, pokud už máte v ruce nějaké slibné výsledky.
Čím konkrétně se nyní zabýváte?
Pavel Kocán: Snažíme se zobrazit jednotlivé polarony v reálném prostoru a sledovat jejich pohyb, což nám umožní získat úplné informace o jejich vlastnostech. Používáme k tomu velice citlivý mikroskop, díky němuž dokážeme vidět uspořádání jednotlivých atomů.
Jesus Redondo: Dokážeme sledovat i chování elektronů, a děláme to úplně jinak než všichni ostatní. Vybíráme si materiály, do nichž hrotem mikroskopu přeneseme a lokalizujeme elektron. Pokud ho chceme přesunout jinam, působíme na něj termální nebo optickou aktivací. Zajímá nás, jak se elektron v látce chová.
Čím to je, že jste jedni z mála vědců na světě, kteří tuto metodu používají?
Martin Setvín: Přístrojů, jež umožňují takto pracovat, je na světě sto až dvě stě, ale využívají se hlavně ke zkoumání organických molekul. Jen málo lidí je používá ke studiu takových materiálů jako my. Jednoduše proto, že je to relativně nová metoda a porozumět do hloubky této problematice není úplně snadné a vyžaduje to čas.
Proč jste si vybrali ke zkoumání zrovna polarony?
Pavel Kocán: Protože jsou svými vlastnostmi velice specifické. Polaron je elektron, který se v látce zastaví na místě, místo aby se šířil jako vlna, a v posledních letech se ukazuje, že hraje zásadní roli v řadě důležitých technologií jako fotokatalýza, elektrické vlastnosti materiálů nebo optické vlastnosti.
Díky tomu, že jste jedni z mála vědců, kteří se výzkumu polaronů věnují, přinášíte o nich také úplně nové poznatky.
Pavel Kocán: O existenci polaronů se ví už skoro 100 let, ale zatím jsou všechna experimentální data nepřímá. My se dokážeme mikroskopem podívat na jednotlivé polarony a tím přinést zcela nové informace.
Martin Setvín: Nevíme například, jak moc je jejich náboj lokalizovaný. Jestli se nachází na jednom atomu, jestli je větší... A právě skutečnost, jakým způsobem se polaron pohybuje, ovlivňuje vlastnosti materiálu. Dosavadní teorie ještě není na takové úrovni, že bychom dokázali předpovídat jednotlivé jevy, či dokonce vysvětlit ty už existující.
Jak budete postupovat dál?
Jesus Redondo: Chceme se pokusit zlepšit rozlišovací schopnosti metody. V naší poslední publikaci jsme dokázali pracovat s „mráčkem“ elektronů a teď se zaměřujeme na získání lokální informace o tom, jak se hýbou jednotlivé elektrony.
Na čem to závisí – na nových přístrojích, délce měření?
Pavel Kocán: Je to všechno, co jste vyjmenovala (smích).
Jesus Redondo: Existují různé typy interakcí (elektrostatická, van der Waalsova, iontová, kovalentní a vodíkové vazby) a my měříme součet všech z nich. Chceme si z toho vybrat tu malinkou sílu, jež odpovídá polaronu.
Připadáte si jako průkopníci?
Martin Setvín: Zrovna v této části výzkumu ano. Vídeňská skupina, v níž jsem před tím působil (o činnosti Martina Setvína v týmu profesorky Ulrike Diebold z Technické univerzity ve Vídni jsme psali zde – pozn. red.), je v této oblasti také daleko. Ale zaměřuje se na něco trochu jiného.
Dají se vaše výsledky využít v praxi?
Martin Setvín: Náš výzkum se týká chemie povrchů materiálů, které se využívají při katalýze, fotokatalýze nebo elektrokatalýze, v nichž se pohybuje náboj. A právě míra omezení pohybu tohoto náboje, určuje efektivitu zařízení. Naše poznatky lze využít například při přechodu na obnovitelné zdroje energie, mají tedy značný potenciál.
Vnímáte, že jste teprve na začátku něčeho velkého a máte ještě hodně objevů před sebou?
Martin Setvín: Plán máme (smích). Na začátku října jsem obhajoval ERC grant, podruhé na téma výzkumu polaronů.
Nyní už víme, že vaší žádosti o ERC grant bylo vyhověno. Co všechno tomu předcházelo?
Martin Setvín: Panely složené z odborníků na jednotlivé oblasti (od biologie přes chemii až po „naši“ fyziku) musely napsat posudky, v nichž odborníci zdůvodnili, proč rozhodli tak, jak rozhodli, a všechna tato rozhodnutí schválila komise ERC. Teprve pak byla finální rozhodnutí oznámena jednotlivým řešitelům.
V čem vám zisk ERC pomůže, co vás nejvíc „pálí“?
Martin Setvín: V posledních letech nás nejvíc brzdilo vybavení. Máme pouze jeden efektivní mikroskop. Díky ERC grantu si můžeme pořídit další takto kvalitní přístroj a zajistit si financování výzkumu na pět let.
Cítil jste během podzimního interview, kdy jste postoupil do druhého kola výběrového řízení, že by tentokrát ERC Consolidator mohl vyjít?
Martin Setvín: Měl jsem z něj neutrální pocity. Ostatně moje zkušenost z loňska, kdy jsem také žádal o ERC grant, je taková, že můj pocit s výsledkem nesouvisí (smích). Mohli bychom dále pracovat a publikovat i bez ERC. Jsme součástí velkého projektu OP JAK, jenž nám dává jistotu. Podmínky pro výzkum máme na Matfyzu velice slušné. Ale samozřejmě získat ERC grant je příjemné a také prestižní – otevře nám to dveře k zajímavým kontaktům a spolupracím.
Vzhledem k tomu, že jste jedni z prvních, kdo se výzkumu polaronů věnuje, nemusíte se tolik bát, že vás někdo předběhne.
Jesus Redondo: To sice ne. Na druhou stranu právě proto, že jsou vlastnosti polaronů poměrně neznámé, může nás během práce spousta věcí překvapit. Nikdy nevíte dopředu, co přesně změříte, pokaždé se částice chovají trošku jinak.
Pavel Kocán: Proto je dobré pracovat na vícero projektech současně a mít je rozloženy podle jejich rizika. Není možné se věnovat jen tomu, co je potenciálně hodně zajímavé, a nemusí vyjít.
Martin Setvín: Navíc, jak jsem už zmiňoval, skutečně průlomové práce trvají řadu let.
| Doc. Mgr. Martin Setvín, Ph. D. |
| Vystudoval fyziku na MFF UK. V rámci doktorského studia působil na Fyzikálním ústavu AV ČR a absolvoval roční výzkumný pobyt na National Institute for Materials Science v japonské Tsukubě. Následně strávil osm let na Technische Universität Wien, kde byl členem Surface Physics Group profesorky Ulrike Diebold. Zde také v roce 2018 habilitoval. Od června 2021 působí na Katedře fyziky povrchů a plazmatu MFF UK. Je držitelem grantů GAUK PRIMUS a GAČR EXPRO. Pod jeho vedením vznikla na Matfyzu nová vědecká skupina a laboratoř. V roce 2022 obdržel Cenu Neuron pro nadějné vědce v oboru fyzika za výzkum nevodivých materiálů. Loni získal grant ERC CZ, letos také ERC Consolidator grant a je jedním z deseti vědců v Česku, kteří v této výzvě uspěli. Všichni prošli národním systémem podpory, který organizuje Technologické centrum Praha spolu s Expertní skupinou na podporu žadatelů ve výzvách ERC. |
| Doc. RNDr. Pavel Kocán, Ph. D. |
| Zabývá se fyzikou tenkých vrstev, věnuje se experimentálním metodám fyziky materiálů a počítačovým simulacím růstu nanostruktur. Vystudoval fyziku na MFF UK, jako postdoc působil na Kyushu University v Japonsku. V roce 2009 obdržel cenu Učené společnosti České republiky pro mladé vědce. Od září 2024 je vedoucím Katedry fyziky povrchů a plazmatu na MFF UK. |
| MSc. Jesus Redondo, PhD. |
| Zkoumá katalytické reakce související s obnovitelnými zdroji energie, konkrétně se zaměřuje na vývoj a charakterizaci povrchů v průběhu reakcí. Magisterské studium dokončil ve Španělsku v Universidad Nacional de Educacion a Distancia, doktorské studium absolvoval na Akademii věd ČR. Jako postdoc působil v San Sebastian a v Praze na MFF UK. |
