ZLATI ZNAK JOŽEFA STEFANA

Institut »Jožef Stefan« letos že sedemindvajseto leto podeljuje zlati znak Jožefa Stefana avtorjem doma in v tujini najodmevnejših doktoratov, ki so bili pridobljeni  v Republiki Sloveniji v minulih  treh letih. Inštitut tako spodbuja mlade k še večji zavzetosti na znanstveno-raziskovalnem področju, kar je tudi svojevrsten poziv odgovornim v gospodarstvu, da to znanje čim učinkoviteje uporabijo.

Letošnja dobitnika sta doktoranda s področja fizike, podelitev pa je potekala v okviru osrednje slovesnoti ob 70.obletnici Instituta Jožef Stefan v Cankarjevem domu.

Dr. VICTOR VEGA MAYORAL, je bil nagrajen za odmevnost doktorskega dela »Fotofizika dihalkogenidov prehodnih kovin, pridobljenih preko eksfoliacije v tekoči fazi«. Za nagrado ga je predlagal mentor, prof. dr. Christoph Gadermaier z Univerze Politecnico v Milanu.

Nagrajenec se je v svoji doktorski disertaciji ukvarjal z eksfoliacijo dihalkogenidov predhodnih kovin. Posebej se je osredotočil na raziskave volframovega disulfida, ki ga v eksfoliirani obliki lahko koristno uporabimo pri razvoju novih 2D črnil za tiskanje elektronskih vezij. Običajne eksfoliirane disperzije imajo široko porazdelitev debelin posameznih ploskev, kar precej omejuje njihovo uporabo v optoelektronskih napravah. Dr. Mayoral pa je razvil nov protokol po-eksfoliacijskega centrifugiranja, ki privede do vzorcev z do 90% volumskega deleža monoplasti. S tem se kvantni izkoristek disperzije lahko poveča tudi za 14-krat. Prav tako je razvil nove metodološke pristope za oceno povprečne debeline in prečne dimenzije dispergiranih ploskev ter volumskega deleža monoplasti v disperziji. Pomemben del disertacije dr. Mayorala predstavlja tudi nov način uporabe časovno ločljive črpalno-testne spektroskopije za raziskovanje dinamike fotovzbujenih stanj v volframovem in molibdenovem disulfidu. Ločljivost metode znaša nekaj femtosekund. Opisani dosežki omogočajo izjemno dober nadzor nad eksfoliacijo in ponujajo povsem nove možnosti za krojenje ustreznih disperzij, s tem pa precej bolj natančno in učinkovito izdelavo 2D črnil.

Dr. Victor Vega Mayoral   je sicer po rodu Španec, rojen v Salamanci, kjer je tudi diplomiral iz fizike. Želja po spoznavanju novih krajev in razmere v domovini so bile zadostna spodbuda za začetek mednarodne znanstvene kariere. Leta 2013 je začel z delom v Sloveniji na Odseku za kompleksne snovi Instituta »Jožef Stefan« in oktobra istega leta doktoriral pod mentorstvom prof. Christopha Gadermaierja. Trenutno dela v Trinity College v Dublinu., kjer preučuje nove materiale, njihovo uporabo v elektroniki tiskalnikov in izdelavo naprav za shranjevanje energije.

»Doktorat je bil del evropskega projekta, tako da sem imel priložnost obiskati številna evropska mesta: Univerzo Politecnico v Milanu, Aachen v Nemčiji in Dublin na Irskem, kjer sem še zdaj. Mi pa doktorat ni omogočil le potovanj, ampak tudi dostop do mnogih vrhunskih objektov na Institutu »Jožef Stefan in v Nanocentru. Kar zelo cenim pri delu na Institutu, je tovarištvo, ta timski duh, v katerem je bilo res enostavno sodelovati prav z vsakim. Vsi smo bili na isti ladji in vsem se zahvaljujem za pomoč, zabavo in podporo,« pove dr. Vega Mayoral o svojih izkušnjah in dodaja: »Biti fizik je nekaj posebnega, omogoča ti razumeti svet okoli sebe: od gibanja planetov do tega, zakaj nekateri materiali oddajajo svetlobo. Všeč mi je, ko se soočamo s težavami, ko imamo nekaj podatkov, ki pa jih ne razumemo, a po veliko prebranih straneh in razmišljanju ugotovimo, da so ključni. Potem je nenadoma vse smiselno.«

Dr. PRIMOŽ KOŽELJ  pa je prejel  Zlati znak Jožefa Stefana za leto 2019 za odmevnost doktorskega dela »Fizikalne lastnosti visokoentropijskih kovinskih zlitin in primerjava s kompleksnimi medkovinskimi spojinami«. Za nagrado ga je predlagal mentor, prof. dr. Janez Dolinšek z odseka za fiziko trdne snovi Instituta »Jožef Stefan«.

Primož Koželj je kot prvi odkril superprevodnost v visoko-entropijskih zlitinah, to je zlitinah pet do dvajset elementov v približno enakih razmerjih, za katere je značilen velik nered. Doslej je glavnina raziskav teh snovi obravnavala njihove mehanske lastnosti. Ugotovili so, da imajo ugodne lastnosti, kot so velika trdota, trdnost odpornost proti oksidaciji pri visokih temperaturah, odlično vlečnost in odpornost proti koroziji. So pa pri običajnih temperaturah slabi električni prevodniki.

Med drugim meril električno upornost zlitine talija, niobija, cirkonija, hafnija in titana. Odkril je, da  pade pri temperaturah nekaj stopinj nad absolutno ničlo na nič, da torej postane superprevodna. To je bilo veliko presenečenje, saj so poznani mehanizmi superprevodnosti vezani na urejene kristalne strukture. Pojav je zelo robusten in ima dokaj visoko kritično magnetno polje, kar bi bilo lahko zanimivo tudi za uporabo.

Rezultate doktorskega dela je dr. Koželj objavil v prestižni reviji Physical Review Letters, kje je prvi avtor in ima članek doslej okoli 80 citatov. Iz dela je objavil še dva članka z okoli 30 citati. O pomenu odkritja superprevodnosti v visoko-entropijskih zlitinah priča tudi, da je delo citirano v najuglednejših znanstvenih revijah, na primer Nature Communications, Proceedings of the National Acasemz of Sciences of the USA in Physical Review Letters.

»Kadarkoli želimo opravljati kvalitetne raziskave fizikalnih lastnosti materialov, v resnici potrebujemo ekstremno kvalitetne vzorce. Ne povprečne, ker potem merimo razne nepravilnosti in razne težave, ki jih vzorci imajo, ampak potrebujemo ekstremno dobre vzorce. In ravno takrat, ko sem jaz bil 1. letnik doktorskega študija, so naši kolegi v Nemčiji v sodelovanju s kolegi iz Švice sintetizirali en tak odličen vzorec in posledično je to bila odlična tema za doktorat.

In  kaj so visokoentropijske zlitine? Vsak dan po svetu odkrijejo nekaj ali nekaj deset zlitin in eden od najnovejših razredov teh novih zlitin so visoko entropijske zlitine, ki jih znanstveniki raziskujejo približno deset let. Te zlitine so malenkost drugačne od tistih, ki jih srečujemo v običajnem življenju. Če recimo pogledamo železo, ima samo eno vrsto atomov, visokoentropijske zlitine so pa drugačne v tem, da na enako, tisto osnovno atomsko strukturo pomešamo pet različnih vrst atomov, recimo tantala, niobija, cirkonija, hafnija in titana. In zaradi te naključne kombinacije atomov je celotna fizikalna in kemijska slika popolnoma drugačna. Drugi element tega, kar smo delali,  pa je superprevodnost. Mi smo navajeni iz vsakdanjega življenja, da ob vklopu žarnice na žarilno nitko ali pa na štedilnik, se tisti žarilni elementi zaradi električnega toka segrevajo. V običajnem življenju električni tok in električni upor pomenita segrevanje. Superprevodnost pa pomeni, da električni tok teče brez upora. To se pojavi pri ekstremno nizkih temperaturah, se pravi na primer pri naši zlitini pri minus 264 stopinj Celzija, kar je ekstremno hladno. Kratek povzetek tega, kar smo mi v resnici odkrili, bi strnil takole: v novem razredu kovinskih zlitin smo odkrili prvo superprevodno zlitino.

Rekel bil, da je največja vrednost našega raziskovalnega dela v nepričakovanosti rezultatov in posledično odmevov, ki so nastali kot posledica tega. Inštitut je bil zadnjih sedem let dom za moja eksperimentalna udejstvovanja, s kolegi smo skupaj delali, skupaj raziskovali, učil sem se eksperimentalnega dela, dela v skupini, nadgrajevali smo svoje teoretično znanje, se skupaj mučili, kadar nam ni šlo ali pa česa nismo razumeli, to je bilo vse v okviru inštituta. Vse, kar sem raziskovalno počel zadnjih sedem let, je bilo na inštitutu. Ko gremo na konferenco, Institut »Jožef Stefan« popolnoma enakovredno konkurira oz. je popolnoma enakovreden vsem večjim raziskovalnim inštitutom, se pravi, da opravljamo dobro delo. Z julijem bom odšel na podoktorsko izobraževanje na Max Planck v Nemčiji in potem upam, da se bom vrnil. Bilo bi mi v veliko veselje, če mi bo to uspelo, čeprav je pa na tej točki v raziskovalni karieri zelo nehvaležno kakorkoli predvidevati. Edino, kar si lahko zaželim v svoji raziskovalni karieri, je to, da upam, da sem opravljal dovolj dobro delo do zdaj, da sem se dovolj dobro naučil in da sem imel pri vsem skupaj dovolj sreče. Upam, da mi bo ta služila še naprej, da mi bo uspelo ostati v znanosti, kar bi me najbolj veselilo,« je dr. Koželj ob nagradi predstavil svoje delo in željo zavezanosti znanosti tudi v prihodnje.

 

Foto: IJS