Spojit minimálně pět prvků do jediné krystalické struktury a vytvořit z nich průhledný keramický materiál, který efektivněji vede světelné paprsky - to je cíl výzkumu, za který získala Tereza Havlíková z CEITEC VUT prestižní ocenění Brno PhD Talent. Její práce otevírá dveře k efektivnějším laserům, scintilátorům i LED technologiím.
Tereza Havlíková působí 3 rokem na CEITEC VUT ve skupině Pokročilá multifunkční keramika. Vyvíjí zde nový typ transparentních keramických materiálů, které mohou najít uplatnění v optice a fotonice. Jejím cílem je nalézt optimální složení a technologický postup přípravy keramických sloučenin s maximální průhledností a schopností fotoluminiscence - tedy vyzařovat světlo po ozáření.
Zaměřuje se přitom na takzvané vysokoentropické materiály, jejichž využití v transparentní keramice je zatím novinkou. „Zjednodušeně řečeno jde o to, spojit více prvků do jediné krystalické struktury. Větší počet prvků přináší vyšší entropii - tedy neuspořádanost - a díky ní získává materiál větší hnací sílu se stabilizovat i za neobvyklých podmínek," vysvětluje vědkyně.
Dosavadní studie ukazují, že tyto materiály mohou mít zajímavé mechanické či supravodivé vlastnosti. Nyní je otázkou, zda nabídnou i výhody pro optiku. „Spojením různě velkých atomů dochází také k distorzi (deformaci) krystalové mřížky, což vede k posunu nebo změně tvaru emisního spektra. Díky tomu může dojít nejen ke zlepšení efektivity u stávajících technologií, ale také rozšíření možných aplikací," dodává Havlíková.
Transparentní keramika se využívá například jako médium pro lasery nebo v osvětlovací technice. Velký potenciál má i v oblasti scintilačních detektorů - například pro rentgeny či elektronové mikroskopy. „Materiál dokáže zachytit rentgenové záření a převést ho do viditelného spektra. To jsou zatím nejpravděpodobnější aplikace, ale vývoj může přinést další možnosti," říká.
Výzkum Terezy Havlíkové se zaměřuje na materiály s granátovou strukturou, do nichž vědkyně přidává ionty vzácných zemin - prvků ze spodní části periodické tabulky, které jsou veřejnosti málo známé, ale mají specifické luminiscenční a magnetické vlastnosti. „Každý z prvků reaguje jinak. Některé se vzájemně ruší, jiné se naopak doplňují. Výzvou je najít pět takových, které si nebudou škodit a ideálně budou mít synergický efekt," popisuje.
V současnosti se vědkyně snaží nalézt ideální chemické složení s co nejlepšími optickými vlastnostmi. Následně bude klíčové zajistit také optickou čistotu materiálu. „Jakékoli nečistoty nebo defekty mohou světlo rozptylovat a snižovat schopnost materiálu propouštět světlo," vysvětluje.
Ze zisku stipendia Brno PhD Talent má Tereza Havlíková radost. „Transparentní keramika je velmi náročná na přípravu. Je to komplexní proces, u kterého je potřeba mít pod kontrolou každý krok - a to od syntézy chemicky čistého prášku až po pokročilé slinování. Je to výzva, ale právě to mě na tom baví," uzavírá.