Meta PHoDcast zapisi 24: Marko Soderžnik, kemik

Dr. Marko Soderžnik (foto: Hossein Sepehri Amin)

MARKO SODERŽNIK je trenutno podoktorski raziskovalec na Nacionalnem inštitutu za materialne znanosti v Tsukubi na Japonskem, sicer pa je sodelavec Odseka za nanostrukturne materiale. Pred tem je na Mednarodni podiplomski šoli Jožefa Stefana doktoriral iz nanoznanosti in nanotehnologij. Ukvarja se z raziskovanjem na področju magnetnih materialov, o svojem življenju na Japonskem z družino piše tudi blog.

  1. Kakšne okoliščine so te privedle na trenutno raziskovalno ustanovo?

Leta 2013 sem pod mentorstvom prof. Paula McGuinessa doktoriral s področja neodimovih magnetov (Nd-Fe-B). Po doktoratu sem ostal na Institutu “Jožef Stefan”, Odsek za nanostrukturne materiale, kjer sem delal na različnih domačih in mednarodnih znanstvenih projektih. Vsak si želi stalno zaposlitev in jaz nisem izjema.

Da bi lahko še naprej delal na Institutu “Jožef Stefan”, je potrebno, poleg izpolnitve ostalih kriterijev, za vsaj 9 mesecev v tujino na podoktorsko izobraževanje.

Po uspešni kandidaturi sem pristal v enem izmed najaktivnejših centrov za raziskave magnetnih materialov – “National Institute for Materials Science, Research Center for Magnetic and Spintronic Materials”, v Tsukubi na Japonskem. V skupini prof. Kazuhira Hona študiram obnašanje in strukturo magnetnih domen.

Jun Uzuhashi
S sodelavci pod češnjami (foto: Jun Uzuhashi)
  1. Zakaj je tvoje raziskovalno področje zanimivo za nas?

Ni nujno, da je zanimivo tudi za vsakogar. Zagotovo pa je zanimivo za vse tiste, ki so tesno povezani z napravami, ki za svoje delovanje izkoriščajo zmogljivosti magnetnih materialov. Nekatere delujejo na enostavnem principu privlačnih ali odbojnih sil magneta, medtem ko so druge zmožne pretvarjati električno energijo v mehansko. Spet druge zmorejo obratno – pretvorbo mehanske energije v električno. Obstajajo tudi naprave, ki odklonijo elektronski snop, in tudi takšne, v katere lahko shranjujemo podatke. Konkretni primeri uporabe so magnetne table za obvestila, skoraj vsa vrata hladilnikov z magnetom v tesnilu, ki skrbi za prileganje vrat, motorji, ki poganjajo ventilatorje, klime, črpalke in podobno, zvočniki in mikrofoni, generatorji, vetrne turbine, trdi diski in druge spominske naprave ter še mnoge druge.

Poglejmo na primer število magnetov v avtomobilih pred 30 leti in danes. Približno 10 proti današnjim več kot 1000 v povprečnem avtomobilu. Magneti delajo namesto nas in vse kaže, da bodo v prihodnje opravljali še več del. Miniaturizacija, delovanje v različnih temperaturnih območjih, minimizacija vsebnosti elementov težkih redkih zemelj, izboljšana tekstura magnetnih zrn ter zbliževanje teoretičnih in eksperimentalnih magnetnih lastnosti, so le nekateri izmed izzivov, s katerimi se kosamo inženirji in znanstveniki.

  1. Kaj tvoje raziskovalno delo prispeva v skupno zakladnico znanja?

V sklopu svojega doktorata in v nadaljnjem projektnem delu sem se ukvarjal s procesom izboljšanja magnetnih lastnosti magnetov Nd-Fe-B (neodimovi magneti), in sicer sta me zanimali koercitivnost in remanenca. Koercivnost opisuje lastnost magneta, ki opisuje njegovo zunanje magnetno polje, ki je potrebno, da magnet izgubi remanentno magnetizacijo, tj. jakost magneta. Ko v neodimov magnet dodamo veliko količino elementov težkih redkih zemelj, kot sta disprozij (Dy) ali terbij (Tb), dobimo visoko koercitivnost in zelo zmanjšano remanenco, kar ni optimalno, saj želimo izboljšavo koercitivnost ob minimalnem zmanjšanju remananence. Ta problem sem rešil s t. i. difuzijskim postopkom, kjer magnet uporabimo minimalno količino Dy ai Tb, saj magnet obdamo le s prahom disprozijevega ali terbijevega oksida, fluorida ali hidrida. Takšen magnet izpostavimo dovolj visokim temperaturam, da lahko poteka difuzija po mejah med zrni in v zunanji del magnetnih zrn. Rezultat je mikrostruktura tipa “jedro-ovoj”, katere posledica je več kot 30 % izboljšava koercitivnosti ob manj kot 1 % izgubi remanentne magnetizacije. Pri opisani izboljšavi porabimo zgolj 0.06 utežnega odstotka disprozija ali terbija.

Glavni prispevek mojega raziskovalnega dela je bila ravno ta izboljšava in razjasnitev tega procesa, ki funkcionira in je ponovljiv: magnet lahko obdamo z delci disprozija ali terbija, če ga le pomočimo v suspenzijo njegovih delcev.

Še boljše rezultate dobimo z obdajanjem z elektroforetskim nanašanjem (EFN), ki omogoča nanos želene količine snovi, s čimer lahko krojimo magnetne lastnosti. Poznamo na primer vpliv napetost in koncentracije na hitrost nanašanja. Pri takšnem postopku vnesemo v magnet manj kot 0.1 utežnega odstotka Dy ali Tb, kar je v primerjavi s konvencionalnim postopkom do 10 krat nižja koncentracija za doseganje primerljivih magnetnih lastnosti. Vemo tudi, kako izbira argona ali vakuuma vpliva na difuzijo in posledično na magnetne lastnosti. Temperatura in čas trajanja difuzije znatno vplivata na difuzijsko razdaljo in obliko histerezne zanke (tj. rezultat magnetne meritve iz katere odčitamo remanenco in koercitivnost). Poznamo relacijo med koercitivnostjo in temperaturo ter remanenco in temperaturo. Znano je, kako se magnetne lastnosti spreminjajo po globini vzorca. Vse to in še več je opisano v mojem doktoratu, strokovnih člankih ter raznih poročilih.

Tisto, kar premika znanost naprej, je to, česar še ne vemo. Šele, ko se zavemo, kako malo vemo, nam postane jasno, zakaj potrebujemo znanost.

Trenutno še neznan je na primer način širjenja magnetnih domen v enem izmed magnetnih vzorcev, ki ga analiziram, kar bomo skupaj s sodelavci skušali razumeti, pojasniti in pokazati.

  1. Kateri del službe je najbolj in kateri najmanj prijeten?

Prijetno je, ko gredo eksperimenti po planu in pri svojem delu dosežeš dober rezultat. Zelo prijetno je, če te delovno okolje motivira in se v službi dobro počutiš. Najbolj prijetno je biti deležen spoštljivega odnosa. Najmanj prijetno je, če naštetemu dodam negativen predznak.

Rodrigo Maganha
(foto: Rodrigo Maganha)
  1. Kako lahko primerjaš razmere za raziskovanje v Sloveniji in na instituciji, kjer trenutno gostuješ?

Ko so mi sodelavci v Sloveniji pred časom pokazali okrog 20 let stare fotografije takratnih laboratorijev, nisem mogel verjeti, kakšen preskok se je zgodil v tem času. Danes je v laboratorijih precej opreme, ki omogoča kvalitetne raziskave materialov. Brez tega se sploh ne bi mogli potegovati za domače in tuje projekte. Zavedati se je potrebno, da se znanost razvija tako hitro, kot še nikoli. Če želimo slediti temu tempu in aktivno razvijati znanost, potrebujemo še boljšo opremo, za katero sedaj zmanjkuje denarja. Velik problem vidim tudi v pomanjkanju prostorov, ki so pogosto zadušljivi in omejeni, kar negativno vpliva na delo. Zaradi pomanjkanja primernih laboratorijev, se tako prenekateri kos opreme znajde v gradbiščnem kontejnerju.

Največji problem vidim v pomanjkanju vlaganja v človeške vire in v gradnji medsebojnih odnosov. Konec koncev smo ljudje tisti, ki delamo, razvijamo, iščemo, analiziramo, se učimo in ustvarjamo okolje v katerem živimo.

Vemo pa, da se vse začne in konča pri denarju. Tega je po zadnjih podatkih za znanost namenjenega čedalje manj in še porablja se velikokrat nesmotrno. Menda so vlaganja v znanost na najnižji ravni v zgodovini Slovenije.

Razmere tu na Japonskem je težko primerjati s slovenskimi, saj državi ne moreš preprosto dati na tehtnico. Čeprav ni enostavne primerjave, bom vseeno skušal orisati svoje videnje. Tsukuba je znanstveni poligon: mesto z več kot petdesetimi znanstvenimi inštituti, kjer se vse moči usmerja v raziskave in razvoj. Približno polovico javnega denarja, namenjenega raziskavam, se steka v Tsukubo. Posledično najdeš v laboratoriju skoraj vse, kar si zaželiš, od procesne opreme do analiznih instrumentov. Če česa ne najdeš in je nujno za tvoje delo, se hitro najde rešitev. Na razpolago je ogromno znanstvene opreme in znanja, ki so ga sodelavci zelo pripravljeni deliti in te podpreti. Seveda to ne pomeni, da rezultati pridejo kar sami od sebe. Če hočeš imeti dobre rezultate, se moraš tako v Sloveniji kot na Japonskem pošteno potruditi.

  1. Z besedo in sliko deli z nami kakšno navdušujočo podrobnost, povezano s tvojim raziskovanjem.

Na sliki (na naslovnici, op. ur) sva jaz in Kerr mikroskop, ki omogoča opazovanje magnetnih domen pri različnih zunanjih poljih, v vseh smereh, x, y in z. Kot sem že omenil v enem izmed prejšnjih odgovorov, je trenutek, ki navdušuje, takrat, ko eksperimenti gredo po planu. V tem primeru sem se namučil z mehanskim poliranjem vzorca in upal, da bo površina dovolj gladka in brez prask, da bom lahko pričel z opazovanjem magnetnih domen. Dolgotrajno poliranje je uspelo in domene so postale razločne. Čeprav je uspel le majhen korak celotnega eksperimenta, je to bilo že dovolj za nasmeh na obrazu. 🙂

  1. Kaj bi bil, če ne bi bil znanstvenik? Kakšne so bile tvoje alternative ob vpisu na univerzo?

Prvotno sem postal univerzitetni diplomirani inženir kemijskega inženirstva, nato se je pojavila priložnost nadaljnjega študija na področju magnetizma in magnetnih materialov. To priložnost sem izkoristil in dodal svoj mozaik v znanost. Če se takrat ne bi mogel vpisat na študij kemijskega inženirstva, sploh ne bi šel na fakulteto in bi opravljal kakšno drugo delo. Rad poprimem za kakršnakoli dela in dokler bom zdrav in sposoben za delo, me prihodnosti ni strah. Mogoče bi se končno naučil peči dober kruh in ga prodajal.

  1. Koga od nam znanih ali neznanih bi povabil na večerjo, če ne bi bilo nobenih omejitev?

Katerega izmed svojih prednikov.

  1. Če bi imel milijon evrov za poljubno raziskavo, kaj bi raziskoval?

Gensko spremenjene organizme. Čeprav ni nobene povezave z mojim trenutnim delom, se mi zdi zelo zanimiva tematika. Na primer to, da lahko vzgojiš gensko spremenjene komarje, ki se razmnožujejo z normalnimi komarji, rezultat razmnoževanja pa je, da zarodki umrejo v nekaj urah. Praktično ne bomo več potrebovali repelentov. Podobnih primerov uporabe je še veliko.

  1. Kaj boš počel čez 5 let in kaj čez 40 let?

Zelo težko vprašanje. Tukaj bi potreboval pomoč vedeževalcev – oni se menda spoznajo na višje sile in prihodnost. Lahko ti povem, kaj si želim. Čez 5 let si želim še naprej delati stvari, ki me osrečujejo in so koristne za širši krog populacije. Uspešno prijaviti še kakšen ARRS projekt ali celo evropskega. Obenem želim lepo vzgajati svojega otroka in še naprej graditi dober odnos s svojimi bližnjimi. Čez 40 let si želim, da bom z delovnega mesta v pokoj odšel v pokončnem stanju, da bom lahko svoje vnuke učil spuščati zmaja ali kakšnih drugih vragolij.

Kristina Žagar Soderžnik
Z družino na potovanju po Japonskem (foto: Kristina Žagar Soderžnik)
  1. Priporočilo za knjigo/igro/film/spletno stran/podkast.

Toplo priporočam kakšno pravljico za lahko noč. Recimo tisto o Jari kači ali o Steklem polžu.

  1. S čim se zamotiš in kakšne izgovore si izmišljuješ, ko zavlačuješ ali odlašaš pri stvareh, ki jih moraš narediti (članek, doktorat)?

Takšne vrste odlašanja skoraj ne poznam več. Doktorat je bil v mojem primeru zaključen v nekaj več kot treh letih in pol, kolikor je bilo v stažu mladega raziskovalca predvideno za doktorat. Pri člankih tudi ne odlašam preveč, saj ko so dobri rezultati na mizi, jih je potrebno čim hitreje objaviti, da te kdo ne prehiti. Konkurenca je izjemna in kakor hitro spregovoriš o neobjavljenih rezultatih, tako hitro se najde nekdo, ki tvojo idejo s pridom uporabi v svojem članku. Potrebno se je tudi zavedati, da se na objavo članka lahko čaka tudi več kot eno leto.

  1. Kaj bi ti lahko v tem trenutku izboljšalo kakovost življenja?

Finančna neodvisnost.

 

————————————————-

Meta PHoDcast so pogovori z mladimi raziskovalci in raziskovalkami o življenju, vesolju in sploh vsem. Gostitelja sta dr. Luka Ausec in dr. Ana Slavec, njuni sogovorniki in sogovornice pa znanstveniki in znanstvenice pred zaključkom doktorata z različnih področij znanosti. Vsak četrtek.

———————————————-

Več od Dr. Ana Slavec

MetaPHoDcast 40: Martin Vodopivec, fizik

S fizikom Martinom Vodopivcem o oceanografskem modeliranju in uhatih klobučnjakih, eni izmed najbolj...
Beri dalje