Svajonės link: FTMC fizikas dr. Rokas Kondrotas pradeda stažuotę viename garsiausių pasaulio universitetų MIT

Masačusetso technologijų institutas (MIT) – vienas garsiausių universitetų pasaulyje, įtakingas inovacijų ir technologijų kūrimo centras. Skirtinguose prestižiniuose universitetų reitinguose MIT kasmet užima 1-ą arba 2-ą vietas, o per 160 gyvavimo metų šį įstaiga išaugino daugiau nei šimtą Nobelio premijos laureatų.

Patekti ten studijuoti, atlikti praktiką ar dirbti yra itin sunku, todėl, kai tai padaryti pavyksta lietuviui, tokią naujieną galima vadinti laimėjimu ne tik jam, bet ir visai Lietuvai.

Nuo birželio mokslinę stažuotę MIT pradeda Fizinių ir technologijos mokslų centro (FTMC) fizikas, Medžiagų struktūrinės analizės skyriaus mokslininkas dr. Rokas Kondrotas. Prestižiniame universitete jis darbuosis Medžiagų mokslo ir inžinerijos skyriuje – laboratorijoje augins ir tyrinės cheminių elementų seleno ir telūro junginius, kuriuos sieks pritaikyti pažangių jutiklių autonominiuose automobiliuose kūrimui bei naujos kartos saulės elementų tobulinimui.

Šią galimybę lietuvių tyrėjui suteikė organizacija Baltijos-Amerikos laisvės fondas (Baltic-American Freedom Foundation, BAFF), skatinantis mokslinį bendradarbiavimą tarp JAV ir Baltijos šalių. BAFF kviečia talentingus žmones studijuoti bei stažuotis JAV – ir padengia finansines išlaidas.

Daugelis mokslininkų galimybę darbuotis MIT laikytų svajonės išsipildymu, tačiau R. Kondrotas jau planuoja į priekį ir siekia dar vienos pergalės: fizikas tikisi, kad ši neįkainojama patirtis jam sustiprins šansus teikiant paraišką prestižinei europinei dotacijai „ERC Grant“, kuri tyrėjams suteikia tvirtus pamatus jų mokslinių svajonių įgyvendinimui.

Išsamiau apie tai – pokalbis su FTMC mokslininku.

(Masačusetso technologijų institutas (MIT). Canva.com nuotrauka)

Kaip atsirado proga stažuotis MIT universitete?

Prieš metus pirmąkart išgirdau apie BAFF. Pasidomėjau jų siūlomomis galimybėmis ir pasirinkau mokslinių tyrimų stipendijos programą (angl. Research Scholarship Program).

Labai tuo džiaugiuosi – dabar yra daug įvairių programų, skirtų doktorantams ar podoktorantūrinėms stažuotėms, tačiau vyresniems mokslininkams tokių pasiūlymų beveik nėra. O BAFF programoje būtent parašyta: ji skiriama vyresniems, šiek tiek pažengusiems, tyrėjams. Atsivėrė labai gera proga įgyti naujų žinių ir kompetencijų.

Prieš pateikdamas prašymą programai, praeitą vasarą intensyviai ieškojau, kuri institucija Amerikoje mane sutiktų priimti. Vieni iš adresatų buvo MIT. Parašiau profesoriui Rafaeliui Jaramillo, kurio pranešimą panašia tematika kaip mano buvau išgirdęs vienoje iš konferencijų. Perskaitęs apie mano idėją – auginti ir tyrinėti seleno-telūro junginius – iš pradžių buvo gan skeptiškas, bet vėliau, nuotolinio pokalbio metu paaiškinus daugiau detalių apie projektą, jo susidomėjimas sustiprėjo.

Tuomet pateikiau paraišką į tyrėjų mokslinės stažuotės programą JAV ir praėjus pirmą atrankos ratą sekė pokalbis su BAFF atstovėmis iš Lietuvos, Latvijos ir Estijos. Jos stebėjosi, kaip čia man pavyko susitarti su MIT – nes retai būna, kad šis universitetas taip lengvai priimtų žmones „iš šono“. Atsakiau, kad sukrito žvaigždės – būsimasis darbo vadovas susidomėjo idėja, be to, jis turėjo nenaudojamą įrangą, kuri idealiai tiko mano norimų medžiagų auginimui ir tyrinėjimui.

Kokia bus Jūsų darbo diena MIT Medžiagų mokslo ir inžinerijos skyriuje?

Vaikščiosiu į laboratoriją, kur, naudodamasis specialia molekulinių pluoštelių epitaksijos mašina, auginsiu seleno-telūro sluoksnius, stebėsiu, kaip keičiasi jų savybės priklausomai nuo skirtingų auginimo sąlygų. Tirsiu jų struktūrines ir fizikines savybes – ir kiekvienąkart bandysiu užauginti vis geresnės kokybės dangas, kad jos būtų kuo labiau tinkamos naudoti įvairiuose jutikliuose.

(Seleno granulės ir telūro milteliai. Šios dvi medžiagos, tikimasi, padės sukelti proveržį jutiklių ir saulės elementų srityse. FTMC nuotr.)

Prieš kalbant apie galimus taikymus, ar galėtumėt iš pradžių priminti, kas yra selenas ir telūras, kuriuos naudosite?

Tai yra du cheminiai elementai iš vadinamosios chalkogenų grupės, pasižymintys puslaidininkinėmis savybėmis. Juos MIT universitete auginsiu ir tyrinėsiu plonų kristalinių dangų pavidalu. Selenas apskritai yra mūsų sveikatai svarbus mikroelementas, beje, jo pagrindu buvo pagaminti patys pirmieji saulės elementai daugiau nei prieš 140 metų. Telūras – tartum jo „didysis brolis“, kuris dažniau tyrinėjamas elektronikoje, ypač kuriant naujo tipo tranzistorius.

Grynas selenas pasižymi izoliatoriaus savybėmis, o grynas telūras – atvirkščiai, yra elektrai pusiau laidus. Taigi maišant šiuos abu elementus galima išgauti įvairiomis savybėmis pasižyminčius seleno-telūro junginius. Geriau supratus jų savybes ir augimo mechanizmus, šią medžiagą bus galima pritaikyti kuriant pažangias technologijas.

Kokios jos galėtų būti?

Pagrindinis dėmesys bus skiriamas formuoti seleno-telūro lydinius veikiančius spektriniame ruože nuo 1400 iki 2500 nanometrų, kuris priskiriamas trumpųjų bangų infraraudonųjų spindulių (angl. short-wave infrared, SWIR) ruožui . Tai yra šviesa, kurios žmogus nemato, bet ji labai naudinga norint atpažinti objektus sunkiomis oro sąlygomis ar tamsiu paros metu.  Dėl šių ir kitų praktinių panaudojimo galimybių, planuoju tirti seleno-telūro dangas ir kurti jutiklius, kurie gerai veiktų būtent SWIR ruože. 

Taikymų laukas tokiems jutikliams gan platus, nes minėtas ruožas yra aktualus mokslui ir pramonei. Viena svarbiausių sričių galėtų būti pagalba autonominiams automobiliams: kai tenka važiuoti naktį ar esant dideliam rūkui – tuomet, galima sakyti, automobilis mato tik tiek, kiek jame sėdintis žmogus. Tuo metu integruotas mūsų papildomas jutiklis leistų „pamatyti“ aplinką net ir sunkiomis oro sąlygomis ir automobilio sistemai padėtų įvertinti kliūtis bei pavojus kelyje.

Tiesa, įvairių SWIR jutiklių pasaulyje jau sukurta, ir labai gerų. Mūsų atveju, sieksime užauginti polikristalines dangas, kurių gamybai nereikėtų brangių pagrindų – padėklų, o ir technologinis procesas yra paprastesnis. Kartu, pasinaudojant unikaliomis seleno-telūro savybėmis, norime išgauti pakankamą jutiklio kokybę bei didelį jautrumą. Ir tokį jutiklį būtų galima sukurti daug pigiau.

Kitas aktualus dalykas yra SWIR naudojimas naktinio matymo prietaisuose – o tai svarbu gynyboje, pavyzdžiui, kuriant autonominius dronus.

(Dr. Rokas Kondrotas. FTMC nuotr.)

Viena iš sričių, kurią vystote FTMC, yra naujos kartos saulės elementai. Ar seleno-telūro junginiai gali būti naudingi ir čia?

Pastaruosius trejus–ketverius metus vis apie tai svarstau. Šiuo metu vyksta didelis vadinamųjų tandeminių saulės elementų proveržis, kai yra apjungiami dviejų medžiagų, silicio ir perovskito, saulės elementai. Viršutinis perovskito sluoksnis silicio saulės elementuose teoriškai gali padidinti jų efektyvumą net iki 43 proc., todėl į šią sritį investuojama labai daug.

Tačiau apie 20 proc. saulės energijos silicis ar silicio-perovskito tandeminės celės nesugeria. Jei po silicio elementu įdėtume tinkamų savybių medžiagą, būtų galima papildomai padidinti efektyvumą dar apie 5 proc.

Tokiu atveju gautume trijų sluoksnių struktūrą: perovskitas viršuje, silicis viduryje ir trečioji medžiaga apačioje. Toks „sumuštinis“ teoriškai leistų pasiekti rekordinį beveik 48 proc. efektyvumą, o praktiškai būtų galima tikėtis netoli 40 proc. Vis dėlto labai svarbu išlaikyti nedidelę kainą – kitaip tokia technologija bus neįperkama paprastam vartotojui.

Todėl ypač vertinamos medžiagos, kurios pasižymi geromis savybėmis, bet yra nebrangios pagaminti. Seleno-telūro junginiai, mano nuomone, atitinka šiuos kriterijus ir yra perspektyvūs gaminant visiškai naujos kartos saulės elementus ar SWIR jutiklius. Įdomu, kad mokslinėje literatūroje apie šių medžiagų taikymą optoelektronikoje yra kalbama kol kas santykinai mažai.

Grįžtant į MIT temą – ką Jums, kaip mokslininkui, reiškia galimybė išbandyti save tokio pasaulinio lygio universitete?

Visų pirma, nepaprastai tuo džiaugiuosi. Visada noriu įgyti naujų kompetencijų ir žinių. Kelionė į tokią kone utopinę instituciją man yra didžiulė proga mokytis, tobulėti ir plėsti akiratį. Tai labai vertinu ir noriu maksimaliai išnaudoti.

MIT man ilgą laiką atrodė kaip savotiškas „šventasis gralis“ ar Meka, kurią tiesiog būtina aplankyti. Galbūt šiek tiek jį romantizavau, bet MIT vardas tikrai turi ypatingą svorį. Neseniai apie tai pasidalijau savo „LinkedIn“ paskyroje – ne dėl pasigyrimo, o norėdamas parodyti, kad tokios galimybės egzistuoja, ir padėkoti jas suteikusiai organizacijai.

Sulaukiau daug šiltų sveikinimų iš senų draugų ir kolegų – visi puikiai supranta MIT vardo reikšmę ir prestižą. Net jei ten ir nenuversiu kalnų, atsidurti tokioje institucijoje yra labai faina patirtis.

(Dr. Rokas Kondrotas. FTMC nuotr.)

Ar jau turite planų, idėjų, ką veiksite, kai įgavęs patirties kitais metais grįšite iš JAV?

Taip, planą dėlioju jau kurį laiką. Mano tikslas – sustiprinti savo kompetencijas, įgyti patirties su seleno-telūro medžiagomis ir po stažuotės teikti paraišką Europos mokslinių tyrimų tarybos dotacijai „ERC Grant“. Tai, ko gero, daugiausiai prestižo turintis finansavimo šaltinis Europoje individuliam mokslininkui, leidžiantis sukurti savo tyrimų grupę ir pradėti naują tyrimų kryptį.

Laimėti šią dotaciją itin sunku, konkurencija milžiniška. Kartą jau bandžiau ir nepasisekė – tačiau tikiu, kad papildoma patirtis, sukaupta MIT, gali svariai prisidėti. Ankstesnėje paraiškoje man trūko įrodymų, kad turiu pakankamai praktinės patirties. Kitąmet jos jau turėsiu daugiau, kaip ir realių mokslinių rezultatų šia tema.

„ERC Grant“ iš esmės keičia mokslininko karjerą. Jis suteikia didžiulę finansinę laisvę – apie 2 mln. eurų tyrimams ir dar apie milijoną papildomai įrangai. Tai yra ne tik mano, bet ir daugelio mokslininkų svajonė. Tokios lėšos leistų įsigyti naujausią įrangą, pritraukti talentų ir vystyti man įdomią tyrimų kryptį naujos kartos jutiklių ir saulės elementų srityse.

Labai viliuosi, kad ši svajonė išsipildys, ir su džiaugsmu laukiu darbų pradžios MIT.

Parengė Simonas Bendžius