Zawsze powtarzam, że praca, którą wykonuję, jest niesamowita, ponieważ dzięki niej oprócz ciekawych naukowych eksperymentów mogę prowadzić badania w laboratoriach znajdujących się na całym świecie – mówi dr Julita Piecha z Zakładu Fizyki Ferroelektryków, która w ramach przygotowywania rozprawy doktorskiej pod kierunkiem dr. hab. Andrzeja Molaka współpracowała z naukowcami z Niemiec i Korei Południowej. Była ponadto członkiem zespołu, który zaprojektował na potrzeby badań zestaw aparaturowy do przeprowadzania wymiany jonowej w monokryształach objęty ochroną patentową w 2017 roku.

Dr Julita Piecha z Instytutu Fizyki UŚ

W ramach rozprawy doktorskiej dr Julita Piecha zajmowała się modyfikacją warstwy powierzchniowej monokryształu – niobianu litu. Najpierw przeprowadzała reakcje chemiczne, następnie stosowała wybrane metody eksperymentalne, aby sprawdzić, w jaki sposób warstwa powierzchniowa monokryształu została zmieniona.

– W badaniach stosowałam wiele metod. Dzięki nim mogłam m.in. ocenić, na jakiej głębokości w warstwie powierzchniowej zaszła zmiana, opisać skład chemiczny i strukturę elektronową zmodyfikowanego monokryształu, a także sprawdzić stopień wymiany jonowej, w wyniku której jony litu były zastępowane jonami wodoru. Ponadto, współpracując z Instytutem Chemii UŚ, mogłam określić ilość migrujących jonów z monokryształu do roztworu, w którym zachodziła reakcja – wyjaśnia dr Julita Piecha.

Podczas realizacji badań otrzymała zaskakujące wyniki. Badany monokryształ składa się z trzech pierwiastków: niobu, litu i tlenu. Wymiana jonowa zachodziła między litem a wodorem pochodzącym z zastosowanego reagenta w postaci stężonego kwasu azotowego.

– Na podstawie wyników uzyskanych z wcześniejszych badań wiedzieliśmy, że podsieć niobowa nie podlega modyfikacji. Użyliśmy do przeprowadzenia reakcji jednego z najsilniejszych reagentów, który nie naruszył trwałości tej struktury. Tymczasem okazało się, że w niewielkim stopniu można na nią wpływać przy zastosowaniu wody dejonizowanej. To było duże zaskoczenie, chociaż będące w zgodzie z istotą wymiany protonowej – wyjaśnia badaczka.

W trakcie analizowania efektów modyfikacji warstwy powierzchniowej monokryształu została nawiązana współpraca z zagranicznymi jednostkami naukowymi. Jednym z nich było centrum naukowo-badawcze Forschungszentrum w Jülich.

– Tematykę pracy, jak też wykonanie niektórych z eksperymentów w niemieckim laboratorium, zaproponował profesor Krzysztof Szot, pracownik tamtejszej jednostki oraz naszego uniwersytetu. To on zasugerował również, abyśmy skonstruowali specjalną aparaturę, która umożliwi bezpieczne i skuteczne przeprowadzenie reakcji wymiany jonowej przy użyciu wspomnianego reagenta, jakim był stężony kwas azotowy – tłumaczy fizyczka.

Pracownicy Instytutu Fizyki UŚ: mgr Irena Gruszka, dr Julita Piecha oraz dr hab. Andrzej Molak podjęli wyzwanie, którego efektem jest opatentowany w 2017 roku zestaw aparaturowy do prowadzenia wymiany jonowej w monokryształach.

Dr Julita Piecha część badań realizowała również w Korei Południowej w Hallym University pod opieką profesora Jae-Hyeon Ko. Zmodyfikowane próbki niobianu litu analizowała metodą rozpraszania brillouinowskiego. Jak wyjaśnia badaczka, jest to metoda eksperymentalna pozwalająca opisywać własności kryształów w ujęciu objętościowym.

– Co ciekawe, dokonywałam zmian warstwy powierzchniowej monokryształu, dzięki zastosowanej metodzie udowodniłam natomiast, że przebudowa warstwy powierzchniowej może być zauważalna także w ujęciu objętościowym. To cenne wyniki i ważne dla mnie doświadczenie. Okazało się bowiem, że niewielkie, jakby się wydawało, zmiany na powierzchni modyfikują właściwości całego materiału – mówi fizyczka. Jak dodaje, tego typu wyjazdy podporządkowane są prowadzeniu badań, w związku z czym wiążą się z długimi, czasem nawet kilkunastogodzinnymi pobytami w laboratorium, gdzie prowadzony jest eksperyment.

– Jednocześnie miałam możliwość doświadczenia azjatyckiej kultury, którą charakteryzuje niezwykła gościnność i opiekuńczość. Towarzyszący mi studenci uczyli mnie m.in. posługiwania się koreańskimi stalowymi pałeczkami, którymi jedliśmy takie potrawy, jak kimchi, bibimbap czy japchae. Pokazywali też ciekawe miejsca mające znaczenie historyczne – wspomina badaczka, podkreślając istotę takich wypraw nie tylko dla rozwoju naukowego, lecz również kulturowego. – Prowadząc zajęcia, zachęcam studentów, by nie bali się podejmowania współpracy z naukowymi ośrodkami położonymi nawet w najdalszych częściach świata. To cenne doświadczenia – podsumowuje dr Julita Piecha.