Modelovanie nového sveta

Štruktúra z nanorúrok, materiál AgF2

Mariana Derzsi už na strednej škole vedela, že chce pracovať vo výskume. Baví ju štúdium a spoznávanie sveta. Pomocou matematiky, fyziky a počítačov modeluje na atómovej úrovni nové perspektívne materiály a pomáha ich vzniku a využitiu v praxi.

Ako ste sa dostali k modelovaniu atómovej štruktúry nových materiálov?

Na Fakulte matematiky fyziky a informatiky UK som sa po druhom ročníku štúdia rozhodovala, ako ďalej. Keďže ma lákalo prepojenie vedy so životom, vybrala som si špecializáciu biofyzika a molekulárna fyzika, čiže štúdium fyzikálnych procesov v živom organizme na molekulovej úrovni. Moja profesijná orientácia sa začala väčšmi kryštalizovať, keď som nastúpila na doktorandské štúdium na Ústav anorganickej chémie SAV. Tu som sa začala venovať štúdiu vodíkových väzieb v molekulových kryštáloch. Túto tému som si vybrala preto, lebo tieto väzby hrajú dôležitú úlohu akéhosi atómového lepidla v živých organizmoch, napríklad spájajú dve ramená v DNA dvojzávitnici.

Modelovanie a prepojenie vedy so životom?

Dr. hab. Mariana Derzsi, PhD., študovala na Fakulte matematiky, fyziky a informatiky UK v Bratislave. Po doktorandskom štúdiu na Ústave anorganickej chémie SAV pôsobila v Poľskej akadémii vied, na Padovskej univerzite a na Varšavskej univerzite, kde získala titul dr. hab. z fyziky tuhých látok. Po desiatich rokoch strávených v zahraničí sa vrátila na Slovensko a od januára 2018 pôsobí v Trnave v Ústave výskumu progresívnych technológií Materiálovotechnologickej fakulty STU. Venuje sa materiálovému dizajnu na atómovej úrovni pomocou počítačového modelovania so snahou nájsť nové materiály s výnimočnými vlastnosťami, a to hlavne pre oblasť mikroelektroniky.

Mňa fascinovalo počítačové modelovanie na atómovej úrovni a spojenie výsledkov modelovania s experimentom. To, že vieme zobrať informáciu z experimentu, urobiť si počítačový model tejto štruktúry a vypočítať rôzne mikroskopické aj makroskopické vlastnosti namodelovanej štruktúry, napríklad elektrické alebo optické vlastnosti. Dokonca si môžeme vymyslieť novú štruktúru. Samozrejme, vymýšľame na základe fyzikálnych zákonitostí, a vieme vypočítať, či náš vymyslený model môže v praxi existovať. Máme teda k dispozícii veľmi silné nástroje, ktoré nám pomáhajú predpovedať vlastnosti materiálov a to, či vôbec má význam takéto materiály hľadať.

S témou, ktorej sa venujete, ste začali v Poľsku?

Po obhájení doktorátu som šla do Ústavu jadrovej fyziky v Krakove, kde som pracovala v oddelení profesora Krysztofa Parlinskeho, autora programu na štúdium dynamiky mriežky. Chcela som sa zdokonaľovať v jeho programe. K téme, na ktorej pracujem, som sa však dostala vo Varšave. Tamojšie Technologické laboratórium nových funkčných materiálov sa zaoberalo presne tým, čo som chcela robiť. Tu som začala modelovať materiály, ktoré sa v tomto laboratóriu aj syntetizovali. Našou hlavnou ideou bolo syntetizovať a namodelovať ešte neexistujúce materiály, ktoré sme však  chceli vytvoriť.

Nanorúrky so štvorcovým prierezom, váš doteraz najvýznamnejší objav, boli výsledkom vtedajšieho bádania?

Nanorúrky neboli naším pôvodným cieľom. Vtedy sme získali materiály, anorganické kryštály, ktoré majú na atómovej úrovni zvlnenú vrstevnatú štruktúru. Chceli sme však pripraviť materiál, ktorý by mal túto vrstevnatú štruktúru v rovnobežných vrstvách. Takúto štruktúru totiž majú vysokoteplotné supravodivé materiály z keramiky na báze medi. My sme chceli vytvoriť štruktúru nových materiálov tiež v rovnobežných vrstvách a očakávali sme podobné vlastnosti, ako majú vysokoteplotné supravodiče. Hlavnými atómami v supravodivých vrstvách sú meď a kyslík. Chceli sme pripraviť materiál s podobnými vlastnosťami, ale vymenili sme meď v štruktúre za striebro a namiesto kyslíku sme chceli mať v štruktúre fluór. Ide o zlúčeninu AgF2, ktorá má tiež štruktúru vo vrstvách, ale nie je plochá. Aplikáciou veľmi silných tlakov sme sa snažili zvlnenú štruktúru vyrovnať. Na naše prekvapenie sa však zvlnené vrstvy pôsobením silného tlaku nevyrovnali, začali sa lámať a stočili sa do rúrky. To sme neočakávali, mysleli sme si, že to je neefektívne využitie priestoru.

Ako tento výsledok ovplyvnil váš ďalší výskum?

Prešli roky výskumu, kým sme dokázali predpovedať, čo sa deje v našom experimente. Jeden z dôvodov, prečo to bolo náročné, bol ten, že zlúčenina AgF2 je veľmi reaktívna, reaguje s vodou aj s kyslíkom a možno s ním pracovať len v uzavretom priestore a v inertnej atmosfére. Z toho vyplývalo množstvo technických problémov pri experimente. Až po prekonaní týchto problémov sme získali čisté dáta z experimentu A hoci sme už konečne mali údaje z experimentu, pretože išlo o úplne novú, dovtedy neznámu štruktúru, nedokázali sme ju identifikovať. Na jej identifikáciu potrebovali experimentátori vhodný začiatočný model, ktorý by upravili tak, aby dobre interpretoval získané výsledky.

Tento článok si môžete prečítať v časopise Quark 11/2018.

Ak chcete mať prístup aj k exkluzívnemu obsahu pre predplatiteľov alebo si objednať tlačenú verziu časopisu Quark, prihláste sa alebo zaregistrujte.

Zhováral sa Vladimír Ješko
Foto archív M. Derzsi

Komentáre