Historie Katedry inženýrství pevných látek (KIPL)

převzato z Corpus Omne číslo 19, ročník 5, 2011 

 

Fyzika pevných látek je část fyziky kondenzovaného stavu popisující makroskopické fyzikální a mechanické vlastnosti pevných těles z hlediska jejich mikroskopické stavby. Kvantově mechanické modely uvažují pevnou látku jako soubor velkého počtu částic (elektronů, atomů, iontů, molekul), na který se aplikuje statistická fyzika a využívají i další fyzikální obory - mechanika, termodynamika, elektromagnetizmus, teorie vlnění, atomová fyzika a další. Vznik tohoto oboru je spojen s úspěchy přírodních věd 20. století, zejména s metodami určení krystalové struktury a objevem zákonitostí kvantové mechaniky.

V současné době se fyzika pevných látek člení na velký počet specializací: podle pásové struktury objektů na fyziku kovů, polovodičů a izolantů, podle uspořádanosti stavebních částic na fyziku krystalů nebo amorfních látek, podle studovaných charakteristik na oblast vlastností mechanických, elektrických, optických, magnetických aj.

Na počátku jednadvacátého století má fyzika pevných látek mezi všemi ostatními fyzikálními obory dominantní postavení v počtu pracovníků (cca 50 %), kteří si ji zvolili za své povolání, i institucí, kde se s látkami tuhého skupenství experimentuje, pro pozorované zákonitosti jejich chování hledá teoretické vysvětlení a o nových vlastnostech vytváří hypotézy. Bez konkurence jsou pevné látky také ve spektru časopisů, kam se o nich dá psát, v počtu publikací i možnostech praktického uplatnění.

Vzpomeneme-li si na objevy dvacátého století, které změnily náš život doslova od samých základů (štěpení uranu, polovodiče a lasery), jsou dva z nich připsány fyzikům pevných látek. První se podařil koncem čtyřicátých let trojici amerických fyziků William Shockley-John Bardeen-Walter Brattain; Nobelovu cenu za fyziku převzali v roce 1956 za studium polovodičů a objev tranzistorového jevu. Druhým z největších úspěchů, který v nedávné minulosti vzešel z pracoven fyziků, je laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation – zesílení světla stimulovanou emisí záření); Nobelovou cenou za něj byli v roce 1964 vyznamenáni Američan Charles Hard Townes a Rusové Nikolaj Gennadijevič Basov s Alexandrem Michajlovičem Prochorovem.

 

Počátky vysokoškolské výuky fyziky pevných látek

České a slovenské vysoké školy zařadily fyziku pevných látek do svých studijních programů v druhé polovině padesátých let. Roku 1956 se tento nový obor osamostatnil na Matematicko-fyzikální fakultě UK, o čtyři roky později na Fakultě technické a jaderné fyziky ČVUT.

Matematicko-fyzikální fakulta při tom navázala na tradice Katedry fyziky, kterou převzala z Přírodovědecké fakulty. V roce 1954 se KF vedená prof. L. Zachovalem rozdělila na Katedru mechaniky a základů fyziky (L. Zachoval), Katedru vysoké frekvence a vakuové techniky (V. Kunzl) a Katedru atomové fyziky a fyziky pevných látek (V. Votruba, M. Valouch), z níž po další reorganizaci (1956) vznikly Katedra teoretické fyziky (M. Brdička, Č. Muzikář, A. Hladík) a Katedra fyziky pevných látek (M. Valouch).

Na Českém vysokém učení technickém je studium fyziky pevných látek nabízeno posluchačům od podzimu 1960. Cílem výuky byla hned od počátku příprava vysokoškolsky vzdělaných odborníků schopných nové fyzikální poznatky aplikovat v inženýrské praxi. Tak vznikla nová kvalifikace - fyzikální inženýr. O výuku nového oboru se první léta v Kabinetu fyziky pevných látek starali tři interní učitelé - fyzikové Luboš Valenta a Ivo Kraus a elektrotechnický inženýr Vladimír Janda - spolu s externisty z pražských ústavů ČSAV. Z Kabinetu FPL vznikla časem samostatná katedra, která má od roku 1967 název Katedra inženýrství pevných látek. Základem výuky byly předměty Úvod do fyziky pevných látek, Teorie pevných látek, Fyzika polovodičů a Fyzika magnetických látek. S  dalšími obory jako např. technologie polovodičů, fyzika nízkých teplot, supravodivost nebo strukturní rentgenografie se měli posluchači možnost seznámit ve speciálních přednáškách zajišťovaných např. Adélou Kochanovskou, Zdeňkem Málkem, Milošem Matyášem, Miroslavem Trlifajem, později ještě Helmarem Frankem. Součástí výuky se staly kromě toho také pravidelné semináře, na nichž byly pozvanými specialisty prezentovány novinky ve fyzice pevných látek i výsledky výzkumných úkolů řešených na akademických pracovištích i v rezortních výzkumných ústavech, např. TESLA-VÚST A. S. Popova.

Na odborný profil katedry měly rozhodující vliv jak objektivní faktory (rozvoj oboru), tak působení osob v čele kolektivu učitelů, vědeckých a odborných pracovníků. V období 1960-1967, kdy katedru vedl Luboš Valenta, byla vědecká činnost orientována především na teorii pevných látek, teorii magnetizmu a na technologii magnetických látek, potom se výzkum rozšířil také do oblasti technologie polovodičů, polovodičových detektorů, rentgenografie, neutronografie, optické spektroskopie a v poslední době i aplikované fotoniky.

Do povědomí naší i zahraniční fyzikální veřejnosti se katedra dostala už v šedesátých letech minulého století dvěma vědeckými úspěchy. Prvním bylo vypracování teorie spontánní magnetizace tenkých feromagnetických vrstev, druhý měl technologický charakter: příprava tenkých vrstev napařovací metodou, a to pro feromagnetické prvky ze skupiny železa a z řady lanthanoidů. Ve spolupráci s Ústavem magnetických látek v Jeně se začala rozvíjet také technologie a základní magnetostatická měření nových magnetických materiálů na bázi uranových sloučenin.

Po reorganizaci fakulty v roce 1967 došlo ke změnám i na katedře. Z Katedry fyziky pevných látek se stala Katedra inženýrství pevných látek, byla posílena laboratoř rentgenové difrakce a vzniklo nové polovodičové pracoviště orientované na technologii speciálních součástek a vývoj měřicích metod. Během několika dalších let se podařilo vypracovat originální postup sledování dotace epitaxních a difúzních vrstev křemíku pomocí metody odporu šíření, navrhnout a realizovat měření Hallova jevu střídavým magnetickým polem a napětím různé frekvence a pro průmyslové účely zavést homogenní legování křemíku tepelnými neutrony.

Nejdelší, už téměř půlstoletou, tradici má na katedře výzkum v oblasti průmyslového využití rentgenografických difrakčních metod, který navazuje na zkušenosti zakladatelky československé aplikované rentgenografie Adély Kochanovské.

Výjimečnou úlohu, a to nejen na fakultě, ale i v celé České republice, má pracoviště katedry zaměřené na využití difrakce tepelných neutronů ve fyzice pevných látek a pro materiálový výzkum. Těžištěm výzkumu neutronografické laboratoře je určování textur, stanovení poloh lehkých atomů ve struktuře, studium magnetického uspořádání a fázových přechodů.

Přestože pracoviště, které na Českém vysokém učení technickém vychovává inženýry-fyziky pevných látek, změnilo už dvakrát svůj název, zůstávají jeho cíle stále stejné: na rozvoj oboru pružně reagovat jak zaváděním nových předmětů do výuky, tak inovacemi témat vědecké činnosti. Absolvent Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské zaměřený na fyziku pevných látek musí mít kvalitní matematicko-fyzikální vzdělání, aby mohl samostatně řešit výzkumné úkoly. Zároveň mu však nesmí chybět schopnost předvídat, jak by se daly získané výsledky prakticky využít např. ke zdokonalení měřicích metod, k lepšímu pochopení podstaty fyzikálních dějů, optimalizaci dosavadních výrobních postupů apod.

 

Ivo Kraus, KIPL FJFI ČVUT

 

Použitá literatura:

KRAUS, Ivo, O fyzice pevných látek na FJFI. In: Moderní směry ve fyzice, KLUIBER, Zdeněk (ed), Nakladatelství ARSCI, Praha 2003, s. 26-31.

ZACHOVAL, Ladislav, Naše fyzika v letech 1945-1965. Pokroky matematiky, fyziky a astronomie 10, 1965, s. 125-130.

KRAUS, Ivo, Půl století výchovy jaderných a fyzikálních inženýrů na FJFI ČVUT. Čs. čas. fyz. 55, 2005, s. 409-414.

 

Galerie

Související studijní obory na Jaderce

Inženýrství pevných látek Bc. Ing. Fyzika

Vychováváme inženýry, kteří rozumějí struktuře a vlastnostem materiálů.

Zaujal vás tento článek? Podělte se o něj s ostatními!