Bez znalosti struktury krystalů nepochopíme svět kolem nás, říká inovátor elektronové krystalografie

Krystalografie se stále zdokonaluje, dnes už dokonce na technologii "bez krystalů"
Krystalografie se stále zdokonaluje, dnes už dokonce na technologii "bez krystalů"

Fyzik Lukáš Palatinus je světově uznávaným odborníkem v oboru krystalografie. Ta se zabývá určováním vnitřní, atomární struktury krystalických látek a jejich vlastnostmi. Se svým týmem z Fyzikálního ústavu Akademie věd ČR vyvinul a zdokonalil metodu, jak určit strukturu i velmi malých krystalů o velikosti několika desítek nanometrů. Práci českého vědce ocenil i časopis Science tím, že na jeho článek upozornil na titulní straně.

„Velká řada látek kolem nás je krystalická a mnoho těch, které krystalické nejsou, lze krystalizovat,“ uvedl v Magazínu Leonardo expert.

Podle něj je zajímavé na krystalech jejich uspořádaná, pravidelná vnitřní struktura, ve které se atomy, molekuly pravidelně opakují. „Ta podmiňuje jejich vlastnosti, takže chceme-li pochopit, jak se chovají všechny materiály kolem nás, můžeme využít krystalografické metody.“

Bez chápání vnitřní struktury krystalů bychom nedokázali pochopit, jak funguje svět kolem nás. Je to to, co stojí na pozadí celého technologického rozmachu 20. století.
Lukáš Palatinus

Strukturu krystalu je možné zobrazit. „Pravidelnost krystalů je esteticky velmi přitažlivá, ale je důležité myslet na to, že to je jen schéma. Skutečnost na atomární škále je komplikovanější, hrají tam roli kvantové jevy, vše se odehrává v jakési elektronové mlze. Takže spíš než obrázky jsou důležitá čísla za tím vším.“

Do krystalu se lze „podívat právě díky krystalografii. „Posvítíme vybraným zářením a zaznamenáváme, jak toto záření interaguje s krystalem, jak se rozptyluje, a z toho pomocí pokročilých matematických metod je možné spočítat rozmístění atomů v krystalu.“

„Nevidíme tedy krystalovou strukturu přímo, nemáme žádný mikroskop, který by nám ukázal jednotlivé atomy, ale jsme schopni je určit velmi přesně pomocí analýzy těchto difrakčních dat... Pomocí elektronové difrakce můžeme analyzovat krystalové struktury i z velmi malých krystalů o rozměrech několika desítek nanometrů.“

Výzkum Palatinova týmu je opravdu velmi základní. „Poskytujeme metody, pomocí kterých chemici a fyzikové mohou lépe analyzovat své vzorky, a až jejich výsledky se mohou uplatnit v praxi... Zde je možností využití celá řada, ale my jsme pořád na začátku toho řetězce, v oblasti vývoje lepších analytických metod.“

Například pokročilé kovové slitiny mají výborné vlastnosti díky tomu, že v nich vznikají tzv. precipitáty, což jsou malinkaté krystalky s odlišným chemickým složením, než má okolní kov. Pro pochopení vlastností těchto materiálů je třeba rozumět strukturám i těchto malých krystalků, a ty nejde zjistit jinak, než elektronovou difrakcí.
Lukáš Palatinus

Vědec na metodě určení krystalické struktury pomocí elektronové difrakce pracoval 9 let. „Budeme ale pracovat dál. Sice jsme ukázali užitečnost přístupu a vyprodukovali jsme výsledky, ale zdaleka ještě není vše hotové. Zbývá spoustu věcí dotáhnout, doladit, otestovat a zlepšit.“

„Je mou ambicí a snem dočkat se toho, že široká vědecká komunita akceptuje tuto metodu jako standardní pro krystalografickou analýzu, a třeba za 15 let bude určování struktur pomocí elektronové difrakce v laboratořích stejně běžné, jako je dnes využití rentgenových difraktometrů,“ shrnul Lukáš Palatinus.

Spustit audio

Související