Pro akademickou obec nastává jednou ročně velká sláva, když se předává Cena Akademie věd ČR. Letos ji předseda AV ČR prof. RNDr. Václav Pačes, DrSc., odevzdal pětatřicetiletému Mgr. Dr. Filipovi Kadlecovi.
Mladý vědec získal cenu – jako jeden z trojice mladých laureátů. Jaké při tom měl pocity? „Určitě to potěší. Je to potvrzení, že moje práce má slušnou úroveň. Říkám si: Když už jsem tu cenu dostal, teď se musím snažit dál.“
A nebyl to jeho jediný úspěch, loni Dr. Kadlec obdobně převzal prestižní Prémii Otto Wichterleho mladým pracovníkům AV ČR a rok předtím získal finanční podporu AV ČR pro svůj výzkum.
Jak člověk vlastně zvítězí nad dalšími zájemci o velmi vítanou finanční injekci?. „Důležitá je prezentace. Písemný záměr se posílá oponentům. Posuzuje se počet a kvalita prací publikovaných v odborném tisku, reálnost projektu, připravenost laboratoře.“
Začalo to v dětství
Často mívá zájem předních vědců o určitý obor své kořeny již v jejich dětství.
Stejné tomu bylo i u Dr. Kadlece, který 21. STOLETÍ prozradil, že jeho maminka je fyzičkou (zabývala se magnetismem) a o její práci tak slýchával doma. Možná i proto ho jako magnet přitáhlo na gymnáziu studium specializace matematika, fyzika, programování.
V roce 1989 byl přijat na Matematicko–fyzikální fakultu Univerzity Karlovy a po třetím ročníku se začal zabývat fyzikou pevných látek. Při přípravě diplomové práce se pak dostal do Fyzikálního ústavu AV ČR.
Poté ho osud na čas zavál do Francie: „Objevila se nová možnost dělat doktorát částečně v Praze na matfyzu, částečně ve Francii. Myslím, že je to velice šikovný model. Umožní navázat kontakty, které se mohou rozvíjet dál. Navíc student může porovnat jak se výzkum provádí doma a ve světě, naučí se nové věci a často i nové přístupy.“
Po úspěšné obhajobě doktorské práce a po dvouletém postdoktorském pobytu na Masarykově Univerzitě v Brně nastoupil Filip Kadlec do Fyzikálního ústavu AV ČR do nově vznikající skupiny terahertzové spektroskopie okolo dr. Petra Kužela.
Zvláštní druh záření
Za okny žhnou dopolední sluneční paprsky horkého léta, ale v laboratoři terahertzové spektroskopie Fyzikálního ústavu AV ČR v Praze 8 nemají šanci. Všechna okna zatemňují žaluzie. Vědci potřebují při experimentech vidět svazky laserových paprsků. Také proto nad dveřmi visí světelná výstraha NEVSTUPOVAT!
A právě s lasery úzce souvisí specialita dr. Kadlece, terahertzové záření. Jaká je jeho podstata? „Jde o druh elektromagnetického záření. Povahou je tedy úplně stejné jako světlo, ať viditelné, infračervené či ultrafialové, rentgenové záření, jejichž vlnové délky jsou kratší než ty se kterými pracujeme zde. A má stejnou povahu jako vlny radiové, televizní, mikrovlny či vlny, které se užívají k přenosu signálů mobilních telefonů. V těchto případech je vlnová délka naopak delší než u terahertzového záření.
Terahertzové záření tedy leží ve spektru mezi optickou a elektronickou oblastí.
Jak funguje zdroj záření?
Relativně nedávno, ještě před 20 lety, neexistovaly jednoduché zdroje tohoto záření, které by si člověk postavil na stůl a něco s nimi proměřil. Tehdy se začala rozvíjet terahertzová spektroskopie.
Přelom nastal, když americký badatel D. Auston vymyslel zdroj záření s následujícím principem: Velice krátké pulsy viditelného či blízkého infračerveného světla, které generuje laser, se nechají dopadat na spínač. Tím je destička polovodiče, na kterém jsou naneseny elektrody s elektrickým předpětím. Dopadající fotony musejí mít dostatečnou energii, aby v polovodiči vybudily volné nositele náboje (elektrony a díry). Další podmínkou je, že trvání pulzu musí být velmi krátké, 100 femtosekund (10–13 sekundy) a méně.
Volné nositele jsou přiloženým napětím urychlovány k elektrodám naneseným na jeho povrch, takže vzniká časově proměnný elektrický dipól (dva od sebe oddělené elektrické náboje stejné velikosti, ale opačné polarity). Takový dipól pak je zdrojem záření. To je například i princip antén, v tomto případě v terahertzové oblasti.
(Zájemce o podrobnosti pro laika složitého dění odkazujeme na webové stránky http://www.fzu.cz/departments/dielectrics/groups/lts/LTS_cz.pdf)
K čemu je to dobré?
Každého jistě zajímá, jak se poznatky výzkumu dají využívat prakticky. Dr. Kadlec stojí u velkého optického stolu a vysvětluje: „Když se objeví něco nového, člověk si ani neuvědomí případné dopady. Vidí nový jev a nemůže ještě znát všechny možnosti a souvislosti, mnohé třeba ještě ani neexistují. Tak po dlouhá léta terahertzová spektroskopie existovala jako základní výzkum, což platí i dnes. Postupně se však objevovaly nové aplikace a první se už dostávají do praxe.
Jsem přesvědčen, že metoda je užitečná sama o sobě už tím, že poskytuje informace o materiálech, které se studují. To je obsah slova spektroskopie – měření spekter něčeho.“
A čím se konkrétně zabýváte tady?
„Tradicí našeho oddělení je zkoumání ferroelektrik. Takové materiály se používají mj. v mobilních telefonech, jako základy elektronických součástek – kondenzátorů, rezonátorů, pamětí aj. a stále je snaha vylepšovat jejich parametry . My jako experimentální fyzici sice provádíme základní výzkum, ale posléze se naše poznatky dostávají do praxe.“
Přišly i nové objevy
Významné je, že dr. Kadlec a jeho spolupracovníci objevili nový mechanismus generování terahertzového záření, který dosud nikdo na světě neznal.
Dr. Kadlec je také spoluautorem jednoho německého patentu. Vysvětluje jeho princip: „Pokud chceme zářením zobrazovat předměty, které jsou ještě menší než použitá vlnová délka, je to možné pouze při užití tzv. zobrazování v blízkém poli. V případě našeho patentovaného uspořádání se záření nechá dopadat na jehlu z nevodivého materiálu, např. křemíku. Na vstupní plošce se část odrazí, ale část projde dovnitř, kde se šíří. Klíčovým prvkem je hrot ve tvaru pyramidy, jejíž dvě protilehlé stěny jsou pokoveny. Tak vedou elektrické pole až do hrotu, kde jsou elektrody ukončeny na malé obdélníkové plošce. Pole se pak rozptýlí z hrotu do malého objemu, jehož rozměry jsou určeny pouze rozměry plošky. Jak si plošku uděláme malou, tak bude pole koncentrované. Těsně k hrotu se přiloží vzorek, který chceme zkoumat a ten zpětně ovlivní odrážené záření. Zatím jsme dosáhli rozlišení dvacet mikrometrů“.
Jak zasychá lak na autě
Viditelné záření se dá zachytit kamerou, mikrovlnné zas pomocí radarů (třeba odražené od letadel). K zobrazování se dále užívají rentgeny a dá se k němu používat i terahertzové záření. Některé látky jsou totiž pro určité záření průhledné, pro jiné neprůhledné. Terahertzové záření v této souvislosti silně reaguje na přítomnost vody. Tenkou vrstvičkou vody nebo vlhkým vzorkem prochází jen málo či vůbec ne, naopak však bez problémů „prozáří“ řadu látek, které jsou neprůhledné pro lidské oko, například papír.
Výzkumu terahertzového záření se daří zejména v Japonsku. Tam také intenzivně pracují na jeho využití v praxi. Například už dokázali, že v automobilkách lze s jeho pomocí monitorovat, jak zasychá lak na povrchu karosérie.
U amerických raketoplánů zase skenování terahertzovým zářením dokáže objevit skryté vady v životně důležitých ochranných panelech.
Zubní kaz pozná dříve
Velkou perspektivu má využití v lékařské diagnostice. Ačkoliv záření nepronikne do hloubky těla, které je hlavně z vody, výborně se zobrazují například zuby, které vodu neobsahují. Dá se tak objevit zubní kazy ještě před tím, než se stačí rozvinout. Odhalí totiž již jejich počáteční stadium (demineralizaci), kdy na povrchu či těsně pod povrchem našeho zubu vznikají drobounké dutinky. „Díky tomu počínající kaz odhalíme mnohem dřív než to dokáže rentgen. Ten pozná kaz až v pokročilém stadiu. Problém je však v tom, že zdroje terahertzového záření jsou zatím dost velké, nejsou přenosné ani levné, To vše musí výzkum postupně řešit,“ přiznává dr. Kadlec.
Velice účinné může být zobrazování povrchu lidské kůže, třeba proces hojení ran, a záření se nejspíš stane i účinným prostředkem v boji proti tolik obávané zákeřné rakovině. Záření je totiž velice citlivé na to, zda v tkáni probíhá rakovinné bujení.
Ve Velké Británii si vede úspěšně firma, která vyrábí prototypy zobrazovacího spektrometru. „Vypadá jako kopírka, kam položíte kousek tkáně. Díky terahertzovému záření se pak dá usuzovat na zdravotní stav pacienta“, dodává Dr. Kadlec.
Bez mladé krve věda zemře!
Na dotaz, jak vidí postavení mladých v naší vědě, 21. STOLETÍ odpověděl předseda AV ČR prof. RNDr. Václav Pačes: „Symbolicky bych řekl, že bez mladé krve věda zemře. Jedním z nejdůležitějších úkolů, které vedení Akademie věd má, je podporovat mladé kvalitní vědce co nejvíce. Není to vždy snadné, protože nelze ani znehodnotit zkušenosti, které má starší a střední generace.
Já věřím tomu, že až se z našich vědeckých ústavů stanou otevřené výzkumné instituce, zlepší se pružnost v odměňování a vůbec v podpoře těch nejlepších, bez ohledu na věk. Nejspíš to bude na úkor těch, kteří ve vědě neuspěli, ale takový už je život, tak se to dělá v celém světě. Pokud chceme, aby naše věda byla uznávanou v Evropě, budeme se tomu muset přizpůsobit.“
Jak se u nás žije mladým vědcům?
21. STOLETÍ požádalo dr. Kadlece o názor, jak se u nás žije mladým vědcům a jak vidí budoucnost.
„Vedení Akademie věd si uvědomuje, že pokud nebudou mladí vědci přebírat štafetu, česká věda nemá dobrou perspektivu. U nás nastal určitý útlum po roce 1990, kdy se výrazně snížil počet vědeckých pracovníků v Akademii. Já si nemyslím, že to byla chyba, protože mnozí tam nedělali celkem nic. Na druhou stranu po redukci byl přislíben postupný růst prostředků investovaných do vědy. Nikdo však neupřesnil, jak rychle se rozpočet bude navyšovat. Tenkrát realita zaostávala za sliby.
Vědci si dobře uvědomují, že při svém vzdělání mají všeobecně takové schopnosti, že se jim otevírá řada jiných možností zaměstnání. Často navíc ovládají cizí jazyky, takže je tu pochopitelně lákadlo odejít za lepším.
Je známo, že takovým lidem mého věku se v komerční sféře plat podstatně zvýší.
Chápu že mnozí mladí vědci odcházejí, zvlášť když živí rodinu.
Situace ve výzkumu se v posledních letech pomalu ale jistě zlepšuje. Poměrně hodně se investuje do experimentů a vybavení se modernizuje. Jsem optimistou i pokud jde o ty zmiňované platy.“
Mgr. Dr. Filip Kadlec
Narozen: 23. 5. 1971 v Praze
Studium:
– Gymnázium
– Matematicko- fyzikální fakulta UK Praha
(po obhájení diplomové práce získal titul magistr – Mgr.)
– tříleté doktorandské studium v ČR a Francii
Profesní působení:
– dvouletý postdoktorský pobyt na Masarykově Univerzitě v Brně
– Fyzikální ústav AV ČR v Praze (člen nově vznikající skupiny terahertzové spektroskopie)
Rodina:
Manželka : Christelle (inženýrka – fyzika plazmatu; poznal ji při studiu ve Francii)
Děti: Daniel (6) a Sylvie(3)
Záliby:
Rodina a ve volných chvílích sport (cyklistika, plavání)
