Výroční cenu Nadačního fondu Bernarda Bolzana za fyziku získal za rok 2024 RNDr. Michal Vališka, Ph.D., z Katedry fyziky kondenzovaných látek MFF UK. Porota ocenila soubor publikací věnovaných výzkumu exotického supravodiče ditelluridu uranu. Potenciál tohoto výzkumu pro budoucnost je nepochybný.
K fyzice šel přímočarou cestou a studijní pobyt v zahraničí mu poskytl příležitost zkoumat nový supravodič prakticky hned od jeho objevu. Jevy, kterým se věnuje, vytvářejí bázi pro další rozvoj kvantových počítačů. Český výzkum v oblasti fyziky pevných látek podle něj drží krok se světem a komplikace mu působí vlastně jen jedna okolnost…
Ve své práci zkoumáte strukturu a vlastnosti relativně nového supravodiče ditelluridu uranu. Jakou cestou jste se k tomuto tématu dostal?
K výzkumu nekonvenční supravodivosti jsem se dostal postupně. Už během bakalářského studia jsem se zaměřoval na studium supravodičů, ale tehdy šlo o materiály obsahující lanthanoidy. V další fázi studia na fakultě jsem se věnoval materiálům na bázi uranu, ve kterých se vyskytují exotické kvantové jevy, jako je kvantová kritikalita. (Zjednodušeně jde o jevy, kdy mikroskopická kvantová dynamika ovlivňuje makroskopické chování látek, například až do úrovně jejich fázových přechodů. – pozn. red.)
Během mého postdoktorandského pobytu na CEA (Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives) v Grenoblu se vše spojilo a dostal jsem se k výzkumu UTe2. Stalo se to prakticky ve stejnou dobu, kdy byly objeveny jeho supravodivé vlastnosti. Nedalo se ani moc pochybovat o tom, že jde o mimořádně zajímavý materiál, protože se choval jinak než všechny dosud známé supravodiče.
Po návratu na Matfyz jsem se rozhodl tomuto tématu věnovat dál a vybudoval jsem tu tým, který se zaměřuje na růst ultračistých monokrystalů UTe2 a souvisejících sloučenin. Díky tomu jsme schopni provádět unikátní experimenty, které posouvají naše chápání nekonvenční supravodivosti.
Co vás na této látce konkrétně zajímá?
Na UTe2 mě fascinuje jeho naprosto neobvyklé chování. Jde o supravodič, který funguje i v extrémně silných magnetických polích, zatímco běžné supravodiče magnetické pole rychle potlačí. To naznačuje, že supravodivost v UTe2 má úplně jinou povahu, pravděpodobně tzv. spin-tripletní, což je velmi vzácný jev.
Mě osobně zajímá hlavně propojení mezi vnitřní symetrií supravodivého stavu, elektronovou strukturou materiálu a jeho makroskopickými projevy, jako jsou kvantové oscilace nebo anomálie v magnetickém chování. S využitím extrémních podmínek, jako jsou velmi nízké teploty, vysoké tlaky nebo silná magnetická pole, se snažíme tato propojení rozplést a pochopit, co vlastně tento materiál dělá výjimečným.
V čem vidíte jeho potenciál z hlediska dalších aplikací?
UTe2 je supravodič s velmi nízkou teplotou přechodu kolem 2 K, takže z hlediska okamžitého technologického využití není příliš praktický. Jeho skutečný přínos spočívá v tom, že představuje extrémní, ale zároveň velmi čistý modelový systém, na kterém lze studovat zcela nové mechanismy vzniku supravodivosti.
Zároveň je jedním z mála známých kandidátů na tzv. spin-tripletní supravodivost, která je teoreticky kompatibilní s výskytem tzv. Majoranových fermionů. To jsou kvazičástice s neobvyklými kvantovými vlastnostmi. V současnosti je považujeme za jeden z klíčových prvků budoucích kvantových technologií, zejména v oblasti tzv. topologických kvantových jevů.
Studium UTe2 tak může přispět k lepšímu porozumění základním principům, které by mohly být využity při pozdějším hledání vhodnějších materiálů s vyšší teplotou supravodivosti nebo stabilnějším chováním pro reálné aplikace v kvantových počítačích.
Na regulérní bázi spolupracujete se zahraničními laboratořemi, jaké zkušenosti vám tato spolupráce přinesla?
Spolupráce se špičkovými zahraničními laboratořemi, jako je například Cavendish Laboratory v Cambridge, je pro mě i celý náš tým naprosto klíčová. Dává nám přístup k mezinárodní komunitě odborníků, kteří se zabývají podobnými problémy, a vytváří prostor pro výměnu zkušeností, nápadů a různých pohledů na interpretaci dat.
Taková spolupráce často začíná konkrétním experimentem, ale postupně přerůstá v hlubší vědecký dialog. Sdílíme výsledky, plánujeme společné projekty, diskutujeme další směřování výzkumu. Právě tato kontinuita a důvěra ve vzájemnou spolupráci je podle mě největší přidanou hodnotou. Umožňuje nám vnímat výzkum v širším evropském i světovém kontextu a být jeho aktivní součástí.
Znamená to také, že Matfyz je v této oblasti výzkumu v rámci Evropy na vynikající pozici?
Co se týče fyziky pevných látek, má naše fakulta dlouhodobě výborné renomé v evropském i světovém kontextu. Konkrétně v případě výzkumu UTe2 se nám díky výrazným vylepšením daří připravovat jedny z nejkvalitnějších krystalů na světě, a to nás určitě staví na vynikající pozici. Díky tomu jsme plnohodnotnými partnery pro přední světová pracoviště a zapojujeme se do společných experimentů a publikací.
Co vás přivedlo k fyzice jako takové? Byla to přímá cesta a dlouholetý zájem, nebo jste se pro ni rozhodl až později?
K fyzice jsem měl blízko už od dětství. Bavilo mě rozebírat věci a přemýšlet nad tím, jak fungují. Na gymnáziu mě začala víc zajímat i matematika, takže Matfyz byl tak nějak přirozenou volbou. V obou předmětech jsem se účastnil různých olympiád, ale ve fyzice se mi dařilo o něco lépe, a tak nakonec padla volba právě na ni.
Pobýval jste už v rámci studia v zahraničí?
Poslední rok doktorského studia jsem strávil v Institut Laue-Langevin v Grenoblu, kde sídlí výzkumný reaktor, který je jedním z nejintenzivnějších neutronových zdrojů na světě. Jde o špičkové evropské pracoviště zaměřené na studium materiálů pomocí neutronového záření.
Když jsem tam končil, dostal jsem nabídku na postdoktorskou stáž v už zmíněné sousední instituci CEA, která se vedle aplikovaného výzkumu věnuje i základní fyzice. Byla to skvělá nabídka, a tak jsme se rozhodli s rodinou v Grenoblu ještě nějaký čas zůstat.
Kde vidíte v současnosti ještě rezervy v mezinárodní vědecké spolupráci?
V řadě oborů, a fyzika kondenzovaných látek je toho dobrým příkladem, jsou české vědecké instituce v mezinárodní spolupráci zapojené velmi dobře. Je běžné, že se české týmy účastní experimentů v zahraničí, podílejí se na mezinárodních projektech a mají stabilní vědecké kontakty.
Do jisté míry samozřejmě záleží na oboru a konkrétním pracovišti, ale obecně mohu říct, že česká věda je dobře integrována do evropského výzkumného prostoru. Co by však mohlo fungovat lépe, je dlouhodobá stabilita a kontinuita financování, která by umožnila rozvíjet odvážnější výzkumné směry bez nutnosti neustálého přizpůsobování se krátkodobým grantovým výzvám.
Budete ve své další práci přesto i nadále rozvíjet dané téma?
Určitě chci v tématu pokračovat. Výzkum UTe2 přináší stále nové otázky, které si zaslouží hlubší porozumění, ať už jde o povahu supravodivého stavu, elektronovou strukturu nebo vliv různých vnějších podmínek.
Současně se zaměřujeme i na další příbuzné sloučeniny, které mohou vykazovat podobné vlastnosti, ale s určitými odlišnostmi. Právě to nám pomáhá lépe pochopit obecné souvislosti. Chceme tak postupně rozšiřovat naše poznání směrem k širší třídě materiálů, které kombinují nekonvenční supravodivost a potenciálně i vhodné topologické vlastnosti.
Chcete dlouhodobě zůstat ve výzkumu?
Výzkum mě stále naplňuje a baví. Možnost objevovat nové jevy a pracovat na otázkách, na které nikdo zatím nezná odpověď, je pro mě silnou motivací. Zároveň mě těší i práce s ostatními kolegy a studenty.
A pokud jde o fakultu, Matfyz je pro mě prostředí, kde mám výborné zázemí a prostor pro dlouhodobý výzkum, takže si dovedu představit, že zde budu působit i nadále. Jak jsem ale už naznačil, vše silně závisí na úspěšnosti v získávání grantů. Tenhle faktor nějaké dlouhodobé výhledy dost komplikuje.
Jak vnímáte ocenění Nadačního fondu Bernarda Bolzana?
Ocenění Nadačního fondu Bernarda Bolzana si velmi vážím. Je to nejen uznání mé dosavadní práce, ale i práce celého týmu a kolegů, se kterými na výzkumu spolupracuji.
Zároveň to vnímám jako povzbuzení a motivaci pokračovat dál, nebát se klást si ambiciózní otázky a posouvat výzkum tam, kde zatím není úplně jasno.
Nadační fond Bernarda Bolzana funguje od roku 1999 při Matematicko-fyzikální fakultě UK. K jeho úkolům patří mimo jiné nevýdělečná podpora vědecké a pedagogické činnosti na Univerzitě Karlově v oborech fyziky, matematiky a informatiky, rozšiřování úrovně experimentálních možností a teoretických postupů nebo zprostředkování širšího mezinárodního uplatnění vědeckých výsledků dosažených v daných oborech na UK.
