Anna Mateja: Co to jest czapka niewidka? Oczywiście w realiach Zakładu Materiałów Funkcjonalnych, któremu Pani szefuje.
Dorota Anna Pawlak: Najpierw muszę opowiedzieć o tym, gdzie jesteśmy, bo to miejsce wyjątkowe. Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych w Warszawie to największa jednostka badawczo-rozwojowa w kraju zajmująca się nowymi technologiami. Powstała w 1979 r. i, niczym w Dolinie Krzemowej, na kilkudziesięciu hektarach wybudowano laboratoria badawcze i hale technologiczne. Stworzono kompletną infrastrukturę, potrzebną do przejścia drogi od powstania pomysłu, np. na wytworzenie materiału czy rozwiązania technologicznego o oczekiwanych właściwościach, do jego zastosowania. Znajomi naukowcy, nawet z USA, z zazdrością patrzą na te możliwości.
A czapka niewidka, która czyni obiekt niewidzialnym dla oka, musi być stworzona z metamateriału, inaczej: materiału kompozytowego. Powstaje on z połączenia dwóch materiałów (faz), ale przy takiej zmianie ich struktury na poziomie mikro lub nano (to jedna milionowa lub jedna miliardowa jednostki mierniczej), że nowy materiał posiada właściwości nieobecne w elementach składowych. Na przykład zmienia bieg fali świetlnej w taki sposób, że omija ona obiekt zbudowany z metamateriału, czyniąc go niewidocznym dla oka. Po raz pierwszy wykazano te właściwości w 2006 r. Pięć lat później ukazała się pionierska praca teoretyczna na temat możliwości ukrywania nie tylko obiektów (przestrzeni), ale też zdarzeń (czasoprzestrzeni). Przyznaję, nie byłam w stanie przez nią przebrnąć.
Na czym polegała trudność?
Pracę napisał fizyk, ale językiem matematyki.
I tak dobrowolnie zajęła się Pani trudnym tematem?
Niemal potknęłam się o ten temat na stażu podoktorskim w Institute for Material Research w Tohoku University w Sendai w Japonii. Spędziłam tam lata 2000–2001, zajmując się różnymi kwestiami, w tym kryształem o nazwie granat terbowo-skandowo-glinowy. Tu muszę zaznaczyć, że wyhodowałam go nie za pomocą metody Czochralskiego, stosowanej w większości laboratoriów na świecie, ale posługując się metodą mikrowyciągania. Wytłumaczyć?
Koniecznie. Przypomnę tylko, kim był prof. Jan Czochralski – chemikiem, który w 1916 r. w laboratorium politechniki w Berlinie opracował metodę otrzymywania monokryształów krzemu (stała się ona podstawą produkcji mikroprocesorów i, jak Pani wspomniała, jest dzisiaj powszechnie stosowaną metodą hodowania kryształów). Uczony ma szereg osiągnięć, przede wszystkim z dziedziny metaloznawstwa, bo opracował m.in. metodę pomiaru szybkości krystalizacji metali.
A jego metoda uzyskiwania kryształów, ogólnie mówiąc, polega na tym, że wrzucamy materiał, np. krzem, do tygla, wkładamy zarodek i całość podgrzewamy do temperatury nawet 2400°C (jej wysokość zależy od rodzaju hodowanego kryształu). Ciepło powoduje, że ciecz w tyglu zaczyna parować i w miejscu, gdzie znajduje się zarodek, w trakcie ustawicznych obrotów, najpierw formuje się stożek, potem walec. Kiedy popatrzeć przez oko kamery do środka, zobaczymy, że zarodek ciągnie formujący się kryształ w górę. W metodzie mikrowyciągania, którą poznałam w Japonii, zarodek ciągnie materiał z tygla w dół, co pozwala uzyskiwać włókna kryształu o przekroju jednej dziesiątej milimetra.
