Published: 29.12.2019
Stál před rozhodnutím, zda pokračovat ve studiu. V tu chvíli mu cestu zkřížila speciální nekrystalická skla, jejichž základem jsou síra, selen nebo telur. Když se tyto prvky vhodně zkombinují, vzniknou materiály, které najdeme třeba v obyčejném cédéčku, ve fotovoltaických panelech nebo laserech. Jejich zkoumání věnoval Tomáš Halenkovič celé doktorské studium. A za svou práci si čerstvý absolvent Fakulty chemicko-technologické vysloužil i cenu ministra školství.
Říká se jim chalkogenidová skla. Nekrystalické materiály na bázi prvků zvaných chalkogeny zkoumá Tomáš Halenkovič přes pět let. „Konkrétně jsou to síra, selen a telur, které se kombinují s dalšími vhodnými prvky, obvykle z 13. až 15. skupiny periodické soustavy prvků,“ začíná Tomáš povídání o „záhadném“ materiálu. Z hlediska elektrického patří mezi polovodiče. Z optických vlastností je pro ně typická vysoká propustnost ve střední infračervené oblasti spektra. „V závislosti na tom, zda se jedná o skla na bázi síry, selenu či teluru, mají oranžovou, červenou až kovově šedou, neprůhlednou barvu,“ přibližuje jejich vzhled. Mohou sloužit například jako senzory pro rozpoznávání znečišťujících látek v mořské vodě. „Tenké chalkogenidové vrstvy jsou základem tzv. pamětí s fázovou změnou, od té starší generace DVD až po dnešní Blu-ray. Zajímavou oblastí je také nelineární optika, což je částečně i moje oblast,“ vyjmenovává Tomáš některé vlastnosti a přidává příklad jejich dalšího využití. A to v oblasti telekomunikace a laserů.
Zkoumají se hlavně tenké vrstvy
Výzkumem chalkogenidových skel se zabývalo a stále zabývá množství špičkových pardubických vědců. Má totiž na naší univerzitě svou historii. Zkoumají se především ve formě tenkých vrstev. „Pro představu, jejich tloušťka je asi stokrát menší než průměr lidského vlasu, někdy i méně,“ popisuje Tomáš a dodává, že se nejčastěji připravují technikou naprašování. Zaměřují se přitom na optimalizaci přípravy vrstev a na studium jejich vlastností v závislosti na složení či struktuře. Snaží se připravit materiál takových vlastností a kvality, které jsou pro konkrétní aplikaci, pokud možná nejvhodnější.
Netrvalo dlouho a těmto materiálům propadl i Tomáš. Jak sám říká, mohlo za to také nadšení profesora Petra Němce a docentky Virginie Nazabal, kteří ho vedli v průběhu doktorského studia. A vyplatilo se. Z rukou ministra školství převzal své první ocenění. „Jako začínající vědec si pochopitelně ocenění hodně vážím a je pro mne silnou motivací pokračovat ve směru, kterým jsem se vydal,“ říká mladý vědec. Ocenění si vysloužil za svou disertační práci. Zabýval se v ní optickými a strukturními vlastnostmi tenkých vrstev na bázi selenu a zkoumal také jejich citlivost na světlo.
Zajímá se o laserový pulz
„Za velmi úspěšnou považuji spolupráci s Institutem FEMTO-ST v Besançonu a Fresnelovým institutem v Marseille, která byla zaměřená právě na nelineární optiku v chalkogenidových vlnovodech. Výsledkem byl experiment spojení kvazičástice (plasmon) a zvláštní vlny (soliton). Zjednodušeně jde říct, že se jedná o ojedinělou elektromagnetickou vlnu, tedy laserový pulz, který prochází materiálem bez změny tvaru na relativně dlouhou vzdálenost. Dokáží procházet jedna skrze druhou podobně jako duchové,“ vysvětluje Tomáš, který zkoumá i to, jak moc jsou tyto materiály stabilní při vybuzení elektromagnetickým zářením. Právě světlocitlivost chalkogenidů může být limitací. „Velký zájem o tyto materiály je v oblasti fotoniky – vědy a technologie světla, konkrétně mám na mysli optické přepínání, což je jakýsi ekvivalent přepínání elektrického,“ doplňuje.
A co dál?
Výhodou je, že v této oblasti, a celkově v oblasti amorfních materiálů, je nadále spousta věcí, které lze zkoumat. „U těchto materiálů chybí uspořádání na krátkou vzdálenost, mají poměrně specifické vlastnosti a výrazně se liší od svých krystalických protějšků, které mají naopak většinu vlastností diskrétně definovanou,“ uzavírá Tomáš. Vlastnosti nekrystalických materiálů obecně vykazují řadu jevů, které jsou spojeny s jejich strukturou. „Nejsou definovány pouze složením, ale také způsobem přípravy. Kupříkladu objemový vzorek připravený z taveniny má jiné vlastnosti než tenká vrstva – přičemž oba mohou mít stejné složení,“ vysvětluje s tím, že za to může přítomnost defektů, které jsou při daném způsobu přípravy indukovány. Vazba v chalkogenidových sklech se zpravidla vyznačuje přítomností volného elektronového páru, který je zodpovědný například za světlem indukované změny v těchto materiálech.
Studiu chalkogenidových skel a tenkých vrstev se Tomáš nadále intenzivně věnuje. „S kolegy se neustále snažíme hledat nová řešení, jak připravované materiály zdokonalovat a co nejlépe porozumět jejich chování. Jedním z mých cílů je vyvolat zájem o tyto materiály také u studentů,“ dodává Tomáš, který se kromě výzkumu zapojil také do výuky. Považuje ji za velmi důležitou součást své práce a v blízké budoucnosti by rád absolvoval zahraniční stáž.
Ing. Tomáš Halenkovič, Ph.D., působí od března 2019 jako odborný asistent na Katedře polygrafie a fotofyziky Fakulty chemicko-technologické. Doktorské studium pod dvojím vedením (doctorat en cotutelle) absolvoval v doktorském studijním programu Povrchové inženýrství. Bylo vyústěním dlouhodobé spolupráce mezi Université de Rennes 1 a Univerzitou Pardubice. V průběhu studia strávil celkem 20 měsíců na partnerském pracovišti (Equipe Verres et Céramiques, Institut des Sciences Chimiques de Rennes, Université de Rennes 1). Nyní je na začátku své vědecké dráhy. Na konci listopadu převzal z rukou ministra Roberta Plagy jednu z Cen Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy v oblasti vysokého školství, vědy a výzkumu za rok 2019, a to v doktorském studijním programu.
