„Vědci se v hloubi duše těší na velké překvapení“, říká prof. RNDr. Josef Humlíček, CSc., ředitel Ústavu fyziky kondenzovaných látek PřF MU

Rozhovor

Můžete nám říci, co rozhodlo o tom, že budete studovat obor přírodních věd a konkrétně fyziku?

Určitě mělo zásadní vliv moje studium na Gymnáziu Velké Meziříčí a vliv středoškolských učitelů. Myslím si, že v gymnazijním věku není člověk většinou schopen správně posoudit věci, které jsou daleko před ním. Při volbě oboru jsem kolísal mezi matematikou a fyzikou, ale fyzika převážila, asi jsem měl tušení, že to bude dobrá volba.

Fyzika je hodně široký pojem. Mohl byste čtenářům popsat, čemu se věnuje fyzika kondenzovaných látek, které se Váš ústav věnuje?

Fyzika je to, co dělají fyzici, oni jako jediní rozhodují o tom, co je fyzika; to platí analogicky pro každý jiný vědní obor. Když jde o fyziku kondenzovaných látek: je to zhruba polovina veškeré fyziky. Takže velmi významná část. Dá se to odměřit třeba na základě publikační činnosti, etalonem je pro nás Physical Review, časopis, jehož řada Physical Review B je věnovaná kondenzovaným látkám a její objem tvoří v současnosti zhruba polovinu celého časopisu. Rádi říkáme, že naše věda je nenápadná ve srovnání s astrofyzikou nebo fyzikou vysokých energií, ty mají publicitu mnohem větší, stejně jako mají obvykle větší přitažlivost pro studenty. Také se dá odhadnout, že zhruba polovina Nobelových cen udělených v oboru fyziky byla za přínos v oblasti kondenzovaných látek. Co se týče zájmu médií, je tato část fyziky spíše stranou masové komunikace. Občas probleskne zpráva třeba o objevu exfoliovaného grafénu, ale ani to není tak populární, jako když se něco nevídaného odehraje na nebi.

Jak napsal Váš kolega, doc. Munzar, v posledních patnácti letech jste významně přispěl k poznání optické odezvy řady moderních materiálů, například fulerenových tenkých vrstev, kvantových teček, metamateriálů na bázi polovodičových multivrstev, grafénu a dalších. Jaký přínos má toto poznání? V čem je jeho praktické využití v průmyslu?

My jako ústav děláme základní výzkum a ke každému tématu by bylo třeba říci velmi mnoho. Cílem je na něco přijít, něco zmapovat a někdy i předpovědět. Vysvětlit případné využití je snazší. Žijeme v informačním věku a bez fyziky kondenzovaných látek by tento věk nenastal. Zásadní souvislost: na Vánoce roku 1947 byl v Bellových laboratořích objeven tranzistor, respektive tranzistorový efekt. Od toho okamžiku se počíná informační věk, a následující vývoj byl tak rychlý, že ho jako celek nestíhají mapovat, natož předvídat, ani největší odborníci. Tranzistorový efekt v objevitelském prostředí Bellových laboratoří byla struktura založená na destičce z kondenzované hmoty, monokrystalu germania. Do ní byly zabodnuté kovové drátky – taky kondenzovaná hmota – a Bardeen s Brattainem a Shockleym zjistili, že velmi významně ovlivňují proud, který touto strukturou mezi dvěma elektrodami prochází, elektrodou třetí. Dnes tranzistory dělají všechno, co máte třeba v mobilním zařízení, které Vám teď slouží jako diktafon, je tam obrovský počet tranzistorů, které jsou velmi malé. Ale princip ovlivnění pohybu nábojů vhodně přiloženým napětím je stále stejný. Ono to přestává být vidět, protože je to maličké a schované uvnitř hezké krabičky. Můžeme být nespokojení, že se informace přenáší příliš snadno, což může mít i negativní důsledky, ale to není vada křemíku nebo germania…

My se teď od malých věcí dostaneme ještě k menším, ke studiu nanostruktur, který se Vaší zásluhou stal v devadesátých letech jedním z hlavních témat Ústavu fyziky kondenzovaných látek.

Nanometrové strukturování je záležitostí nedávné doby, kdy se přišlo na to, že je možné vhodným způsobem vytvářet vhodné shluky atomů ve velkých počtech. Nanostruktury jsou velmi malé, přesto ale sestávají z velikého počtu atomových jader a elektronů v kondenzovaném stavu. Přestože máme jen málo přes stovku druhů různých atomů, ale v obrovském množství, může vzniknout ohromné množství různých kondenzátů. Někdy říkáme, že nanostruktury nebo nanoobjekty mají mezoskopické rozměry, řádu desítek nanometrů. V našem výzkumu sledujeme takové nanoobjekty, kde je vliv mezoskopických rozměrů zásadní, protože mění zásadním způsobem vlastnosti látek.

Co podle Vás představují nanotechnologie pro život lidí?

Tento výčet by byl hodně obsáhlý. Proto budu jmenovat jen příklady. Jak hmota reaguje na nanostrukturování je vidět třeba v ochotě látky generovat nebo detekovat světlo. Při přenosu informace světelným vláknem je třeba na jedné straně světlo odeslat, na druhé zjistit, že přišlo. Využíváme toho, že je možné vytvořit nanometrové struktury kvantových teček nebo tenoučké vrstvičky různých materiálů napojených s atomovou přesností na sebe, a ony se za námahu při jejich výrobě odvděčí tím, že světlo na jedné straně velmi účinně generují a na straně druhé velmi účinně detekují. Dalším příkladem je jedna z posledních Nobelových cen, která byla udělena za objev gigantické magnetorezistence. Tam se na sebe napojují kovové vrstvičky a vede to k obrovské citlivosti odporu této struktury na přítomnost magnetického pole. Tato vlastnost má pak zásadní vliv na možnost hustého ukládání informaci v pevných discích. Málokdo tuší, že v „harddisku“ takové věci jsou a že by bez nanotechnologií v takové kvalitě neexistovaly. Poslední příklad: brzy bude lidstvo masivně svítit bílými „ledkami“, které generují světlo s neobyčejnou účinností. Vidíme, že to svítí, tváří se to jako žárovička – ale bez nanostruktur uvnitř bychom takto účinně bílé světlo nedostali.

Napadá mne, že zda je možné vidět analogii v přírodě, kde vždy platí, že struktury z velkého množství malých částeček, třeba vláken, jsou pevnější než struktury složené z menšího počtu větších částic.

Řada podobných věcí je přítomna i v přírodě. Vláknité struktury jsou výborný příklad, často se vyrábějí synteticky. Třeba vláknové kompozity, které mají mimořádně dobré mechanické vlastnosti, jsou také založeny na tom, že v nanometrových rozměrech se vlastnosti hmoty mohou zlepšovat. Je těžké říci, odkdy by se měla přítomnost nanostruktur počítat. Jsou lidé, kteří si myslí, že jako první se k této věci vyjádřil slavný fyzik Richard Feynman, když řekl: „Tam dole je hodně místa.“ Uvědomil si, že nanostrukturováním půjdou zásadně ovlivňovat vlastnosti látek. Pro nás je nespíš začátek nanověku spojen s vytvářením prvních polovodičových supermřížek, které měly vlastnosti silně ovlivněné nanometrovým strukturováním. S tím přišel Leo Esaki, japonský experimentální fyzik, ovšemže z oboru fyziky kondenzovaných látek, proslulý zejména jako nositel Nobelovy ceny za tunelovou diodu. Přišel s myšlenkou, že je možné epitaxně pěstovat nanometrově tlusté heterostruktury, tedy struktury z různých látek, a atomárně přesně je na sebe navázat. Zřejmě díky práci na tunelové diodě očekával v tomto případě rezonanční tunelování nábojů – a ono tam skutečně bylo. Zhruba od roku 1970 se objevily náznaky, že bude možné kontrolovaným způsobem nanometrové strukturování využívat.

Jak jste vnímal změnu poměrů na fakultě počátkem 90. let?

Uvědomuji si především, jaká to pro mne byla úleva, když změny v roce 1989 nastaly. Byl jsem svědkem toho, že se na fakultě začaly jako důležité chápat skutečně důležité věci: řádné vzdělávání a řádný výzkum. V tomto směru jde o dramatickou změnu v kolektivu lidí, i ve vybavení a celkovém prostředí. Mám v paměti převládající šedivost a špínu, teď to ovšem vypadá opravdu krásně, na Kotlářské i v kampusu v Bohunicích. Neporovnatelný je pohled z venku i zevnitř, zejména v podobě laboratoří. Kromě toho, že tu máme docela čistý vzduch, což jsme nemívali, je zkrátka změna na fakultě znát celkově. Často tu máme návštěvy ze zahraničních institucí, a jsem rád, že se nemáme se za co stydět, když je na naši fakultu zveme. Pozitiva určitě převažují, změna je obrovská, mohli bychom si sice i stýskat, ale já bych to na tomto místě neudělal.

V posledních letech jste se podílel na přípravě projektu CEITEC, jste vedoucím Výzkumné skupiny Funkční vlastnosti nanostruktur v rámci Centra nanotechnologií a mikrotechnologií CEITEC. V čem spočívá význam práce této skupiny, co je jejím cílem?

Tady je dobré připomenout, jak CEITEC vzniká. Jde o iniciativu „zdola“, řada pracovišť a skupin se ucházela o to, v CEITECu být se svojí tematikou. My jsme se s kolegy z naší chemie a z VUT shodli, že převezmeme zodpovědnost za oblast funkčních vlastností nanostruktur. Určitě je důležité, abychom se dostali k lepšímu vybavení. Dosud jsme hlavně plánovali, začínáme nakupovat, právě teď se objevují první věci, které se podařilo „vysoutěžit“ a koupit. Až budou uvedeny do provozu, budeme mít výrazně lepší podmínky pro práci. Stále deklarujeme důraz na základní výzkum, kde je plánování ošidné. My můžeme tušit, jakým směrem se budeme ubírat, můžeme a musíme si několik cílů vytknout. Nakonec ale hodně stojíme o to, aby se objevilo nějaké překvapení, mimo naše plány. Ve fyzice kondenzovaných látek se objeví zhruba jedno velké překvapení za rok, čili s vysokou frekvencí – co kdyby se to stalo zrovna někde blízko nás? Když budeme mít pro práci skvělé podmínky, mohlo by se potvrdit, že náhoda přeje připraveným. Nebo naopak, můžete mít skvělé nápady na „funkční vlastnosti“, ale je také třeba mít možnost si je vyzkoušet. To je smysl CEITECu. Chceme fungovat jako dobré výzkumné pracoviště, chceme realizovat naše cíle, ale náš plán není přesný, nemůže být přesný a ani by neměl být přesný.

Podle WOS jste autorem nebo spoluautorem více než 120 odborných prací s úhrnným počtem citací přesahujícím 2000. Můžete čtenářům přiblížit, jaký význam má fakt, že jsou Vaše články často citovány?

Podle mne by se citace neměly přeceňovat a diskuse o „počítání čárek“ jak co do počtu publikací tak citací z podstaty problému nemohou nikdy skončit obecnou shodou. To je prostě problém. Myslím, že fyzikální komunita sama rozhodne o tom, zda jsou výsledky dobré, průměrné či špatné. Z druhé strany, výsledky vědecké práce se musí uplatnit v publikacích, nemůžeme si svá zjištění nechávat pro sebe. Víceméně automaticky to funguje tak, že se autor snaží své výsledky dostat do co nejlepšího časopisu, s přihlédnutím ke zvyklostem oboru. Zjištění dobré odezvy, tedy hodně hrubě i prostřednictvím počtu citací, je určitě příjemné. Publikační aktivita i odezva jsou jakési indikátory, se kterými je ale třeba zacházet s rozumem a citem. Mezi obory jsou veliké rozdíly, určitě by se mělo přihlížet ke specifické situaci oboru.

Jak chápete svou roli pedagoga?

Vždy jde o kompromis mezi tím, studenty zaujmout a motivovat a snahou předat jim nějaký soubor znalostí. Já bych preferoval vždy to první jako důležitější, i když – nemůžete je motivovat k uvažování nad ničím, oni určitou sumu znalostí mít musí, a tu je třeba do nich „dopravit“.

Jaké předměty na PřF MU vyučujete?

Vyučoval jsem například kurz Statistické fyziky a termodynamiky, kurz Numerické metody a Matematické metody zpracování dat, vyučuji základní kurz optiky, specializovaný kurz Optické vlastnosti pevných látek, Fyziku nízkorozměrných struktur, přehledový kurz Panorama fyziky určený pro studenty FI atd. Vedl jsem devět úspěšně ukončených doktorských prací, většina mých bývalých doktorských studentů nyní úspěšně působí v akademické nebo komerční sféře.

Chápu, že charakterizovat sebe sama není snadný úkol, proto si dovolím odcitovat, co o Vás jakožto vedoucím ústavu napsal Váš kolega, doc. Munzar: „Svým zaujetím pro věc, vysokým pracovním nasazením a schopností úspěšně kombinovat experimentální a teoretickou práci na jedné straně a skromností, vlídností, přiměřenou rezistencí vůči mnoha absurditám ,,projektové doby“ na straně druhé vytváří Josef Humlíček kolem sebe vynikající prostředí pro vědeckou i pedagogickou práci.“

Kolega Munzar mne vychválil, to si snad ani nezasloužím, nicméně: jsme malý ústav, tuším druhý nejmenší na fakultě, což vnímám jako klad. Je to hodně přehledné a já se cítím zodpovědný za to, že ústav funguje – jak doufám – dobře, a že vytváříme podmínky pro to, aby dobře fungoval i v budoucnu. Pro mne spočívá funkce ředitele jednak v tom, že musím splnit očekávání vedení fakulty o pokud možno bezproblémovém každodenním chodu ústavu. Z druhé strany v něčem, co po mně vlastně nikdo explicitně nechce, tedy aby byl ústav co nejlepší. Aby měl dobré personální obsazení, aby lidé věděli sami, co mají dělat, a měli k tomu odpovídající podmínky. Dobře se tu známe, prošli jsme generační proměnou, nyní zde převažují mladé tváře a já z toho mám dobrý pocit. Doufám, že čas ukáže, že i v letošním roce ústav fungoval po všech stránkách dobře.

Jaká je Vaše vize budoucnosti ústavu a jeho činnosti?

Měli bychom úspěšně zvládnout nástup CEITECu. To je zásadní. Ve fyzice kondenzovaných látek jsme slušně „rozjetí“ a to by mělo pokračovat s tím, že CEITEC sice bere hodně sil, ale postupně bude i přinášet ovoce. Pak je tu jedna věc trochu skrytá. Převzali jsme zodpovědnost za obor biofyziky, který má v Brně obrovskou tradici, je tu i Biofyzikální ústav Akademie věd České republiky, působí tady řada skvělých biofyziků. Na naší fakultě specializované pracoviště pro biofyziku není. Při vzniku ústavů na nás péče o biofyziku jaksi vyšla a my se snažíme pro studenty zajistit co nejlepší podmínky, přičemž těchto studentů není mnoho, stejně jako studentů fyziky nebylo, není a nebude mnoho. Například biochemici jsou na fakultě velmi silní, s biofyzikou je to bohužel slabší, ale studenti bývají výborní. Současné konstelaci na našem ústavu říkám biofyzikální buňka, ona se trochu zvětšuje a byl bych rád, kdyby růst pokračoval až do bodu nad kritickou hmotu. Periodicky uvažujeme i o vizi mezifakultního studia biofyziky. Vidíme, že studenti mají dobré uplatnění, a já doufám, že bude pokračovat zlepšování péče o ně.

Jak Váš ústav spolupracuje s průmyslovým sektorem?

Náš obor je k takové spolupráci předurčen proto, že se hodně zabýváme polovodiči. S radostí se účastníme velmi intenzivní spolupráce se společností ON Semiconductor v Rožnově, pokračovatelem bývalé Tesly. Tam mají zájem o naše návrhy řešení konkrétních problémů, které jim pak třeba pomohou ve výrobě. Ročně uzavíráme asi 3–4 dohody na konkrétní témata – například měření doby života minoritních nosičů v epitaxní vrstvě křemíku, vlastnosti napjatých epitaxních vrstev SiGe na křemíku, nebo optickou diagnostiku struktur SOI (silicon-on-insulator). Většinou jde o práci i pro nás velmi zajímavou. Hlad po absolventech studia fyziky kondenzovaných látek a technických oborů vedl tuto firmu k tomu, že nám sponzoruje čisté prostory v laboratoři polovodičových technologií. Jde o jedinou výukovou laboratoř tohoto typu v České republice, procházejí jí studenti z brněnského regionu, Prahy, Ostravy, Pardubic, Olomouce. Cílem firmy bylo, mít zde laboratoř, která by vychovala lidi umějící v čistém prostředí pracovat. Mají šanci, že takto vzdělaný člověk u nich po škole nastoupí. My pak vidíme, jak naše vědomosti fungují v praxi. Máme z této spolupráce radost. Mám na stole krásné nanostruktury, které díky této spolupráci vznikly v tomto roce. Tady třeba vidíte křemík tlustý 3 nanometry, na perfektně izolující vrstvě oxidu. Ve výzkumu tohoto typu je potenciál, že se objeví nějaké překvapení, jak už jsem o tom mluvil. Myslím, že se každý vědec v hloubi duše vytrvale těší na překvapení, na něco, co dosud nikdo na světě neobjevil.

Otázka na závěr: U jaké činnosti si od své profese nejlépe odpočinete?

Chodím hodně do divadla, na koncerty. Rád poslouchám hudbu, široké spektrum od barokní přes klasickou, nejvíc asi romantickou. Občas i novou hudbu, ne moc často, ale i tu je třeba slyšet. A pak odpočívám aktivně, jízdou na kole.

Děkuji za rozhovor.
Zuzana Kobíková


login
© 2011 Přírodovědecká fakulta Masarykovy univerzity. tel: +420 549 49 1111, e-mail:
Všechna práva vyhrazena.
Webmaster: Alan Kuběna,
Grafický design: © 2011 Mgr. Pavel Brabec,
Obsahová struktura: © 2011 Mgr. Zuzana Kobíková
Počet přístupů: 2354 od 18.12.2012