Český objev: jak spočítat nejtvrdší látku

V laboratoři pražského fyzika se zrodil "recept" na nejtvrdší materiál na světě. Mohlo by jít o látku tak tvrdou, že by dokázala hravě poškrábat například i diamant, doposud nejtvrdší známý nerost. A pokud by se tahle supertvrdá látka dostala do průmyslu, budou se díky ní dát zdokonalit a ještě ztvrdit nástroje, které běžně používáme při práci - třeba pily nebo brusky. S objevem, který posouvá lidstvo k výrobě tohoto materiálu budoucnosti, přišel před nedávnem Antonín Šimůnek, pětašedesátiletý uznávaný fyzik z Fyzikálního ústavu AV ČR. Našel totiž odpověď na otázku, proč jsou některé materiály tvrdé a jiné měkké a jak se jejich tvrdost dá spočítat. Přitom tento problém trápí fyziky na celém světě už celá desetiletí.

"Samozřejmě že každý pozná, jestli je například dřevo nebo kámen tvrdé nebo měkké. Ale jen přibližně. Už jen samo přesné měření tvrdosti je totiž velmi obtížné. A vypočítat tvrdost materiálů vlastně ještě nikdo nikdy nedokázal. Já jsem navrhl postup, jak ji spočíst na základě atomárního složení látky," říká Šimůnek.

"Je to možné díky pozorování souvislosti chování elektronů v pevné látce s tvrdostí. Objevil jsem tedy jakýsi návod, podle kterého se dá předem spočítat, zda určitý materiál bude hodně tvrdý nebo ne," říká Šimůnek. Jeho objev ale zdaleka nezůstává jen v rovině vědecké teorie a suchých nákresů. Díky tomu, že už lidstvo dokáže pochopit, proč jsou některé materiály tvrdé a jiné měkčí, bude také možné v budoucnu vyvinout nejtvrdší látku na světě.

O Čechovi píše Nature

O tom, že je Šimůnkův objev na poli vědy skutečnou hvězdou, svědčí i fakt, že o něm píše časopis Nature, prestižní britský magazín o přírodních vědách. "Neposílal jsem jim žádné materiály, nijak jsem na sebe neupozorňoval. Redaktor Nature Geoff Brumfiel si mě našel sám poté, co jsem svůj objev popsal v odborném časopise Physical Review Focus," říká Šimůnek. Jeho úspěch je o to cennější, že ke svému objevu přišel úplně sám, bez spolupráce vědeckých týmů ze zahraničí, jako to v české vědě bývá běžné. "Teoretikové se domnívali, že tvrdost materiálů způsobuje silná vertikální vazba mezi krystaly. Ale Antonín Šimůnek z Akademie věd v České republice zjistil, že jde o vazby mezi povrchy atomů," píše Nature.

Na trhu je zájem

K pochopení tvrdosti materiálů se Šimůnek dostával po velmi malých krůčcích, jeho výzkum trval skoro sedm let. Jediným pomocníkem mu přitom byl počítač. Šimůnek postupně luštil, jak se chovají elektrony v kamenech a umělých látkách. Zkoumal a zkoušel, jak se tvrdost materiálu mění, když změní jeho atomární složení nebo když do něj bude rýpat z různých stran. "Jsem vědec základního výzkumu, to znamená, že uvedení do praxe nechávám na jiných. Ale výsledek jsem už představil veřejnosti. Technologové, kteří se pokoušejí vyrobit co nejtvrdší látky, si už mého článku všimli," ujišťuje Šimůnek.

A prozatím se zdá, že v praxi se Šimůnkův objev uchytí hladce. "Kdyby teď někdo uvedl na trh supertvrdý materiál, určitě bychom o něj měli zájem. K broušení drahokamů zatím používáme diamant, ten je ale drahý a chemicky se opotřebovává. Kdyby někdo přišel se syntetickým brusným materiálem, koupili bychom jej," říká Lubomír Týn, majitel firmy Geosvět, která se zabývá broušením a prodejem polodrahokamů.

"K objevu přijdete tak, že dostanete nápad, jak to asi ve skutečnosti je. Když pak srovnáváte nápad s přírodou, pak to funguje, nebo ne. Je to, jako když hledáte houby. Když víte, kde rostou, tak je najdete," vtipkuje o svém objevu Šimůnek.

Jako houby
Jen vědět kde rostou žertuje vědec.
foto: archiv