Az információtechnológia, a környezetvédelem, valamint a molekuláris biológia területén is előremutatóak lehetnek Vankó György kémiai fizikus kutatásai, amelyeket munkatársaival az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpontban folytat az Akadémia kiválósági programjának támogatásával. A csoport a molekulákban a másodperc milliárdomodrészének a milliomodrésze alatt bekövetkező változásokat tanulmányozza.

A posztdoktorként, majd vezető kutatóként csaknem hét évet Franciaországban, az Európai Szinkrotronsugárzási Intézetben (ESRF) töltő Vankó György néhány esztendeje tért haza. "Célom egy olyan magyarországi kutatócsoport megalapítása volt, amely rugalmatlan röntgenszórást használ anyagszerkezeti kutatásokra. Ez egy viszonylag új, dinamikusan fejlődő módszer, amelyhez szinkrotronok (speciális részecskegyorsítók) erős röntgennyalábjaira van szükség" – magyarázta a fizikus, akinek kutatásait az Európai Tudományos Tanács (ERC) is támogatta.

Új irány egy gyorsan változó tudományterületen

Az anyagot változás közben vizsgáló ultragyors spektroszkópia gyorsan változó tudományterület, amely nemrégiben felkeltette Vankó György kutatócsoportjának érdeklődését is. "Megjelent a röntgenforrások új generációja, a szabadelektron-röntgenlézer. Az ilyen berendezések femtoszekundumos, vagyis a másodperc egymilliárdomod részének egymilliomod része alatti impulzusokban állítanak elő minden eddiginél fényesebb röntgensugárzást. Úgy gondoltuk, hogy a röntgenszórásra épülő, nagy teljesítőképességű szerkezetkutató módszereket az atomi időskálán zajló dinamika tanulmányozására is alkalmazhatjuk" – elevenítette fel a tudományos kutatásaik irányában bekövetkezett változás okát a kutató.

A Lendület program támogatásával elsősorban az úgynevezett funkcionális molekulákban tanulmányozzák az elektronszerkezet és a működés kapcsolatát. "A funkcionális molekulákban (avagy részvételükkel) különféle célokra hasznosítható változásokat tudunk előidézni" – emelte ki Vankó György. Példaként említette a kapcsolható molekulákat, amelyeknek több, lényegesen különböző állapotuk ismert, és amelyeket a kutatók megfelelő külső ráhatással a céljaiknak megfelelő állapotba tudnak hozni. Az egyes állapotok jellegében, mágnesességében vagy elektronszerkezetében megmutatkozó különbségek kiaknázásával a rendszer állapota könnyen azonosítható. A nanométernél kisebb molekulák mérete és igen gyors állapotváltozásai alapján a kutatók azt remélik, hogy felhasználásukkal a meglévőknél lényegesen nagyobb adatsűrűségű és sokkal gyorsabban kapcsolható rendszerek, például adattárolók vagy molekuláris kapcsolók állíthatók elő.

"Érdekes rendszert alkotnak a fényt hasznosító molekulák is – említett egy további témát a kutató. – Ezek elnyelve a fényt, az energiáját később visszanyerhető formába konvertálhatják; például vízből hidrogént fejleszthetnek, amelyet üzemanyagként használhatunk." Mint elmondta, a funkcionális molekulák működése, illetve a molekuláris rendszerek átalakulása közben megváltozik az atomi szerkezet, azonban az atomok helyének ismerete mellett még további információk is szükségesek a molekuláról. Az atomok összekapcsolódását az elektronok biztosítják – ez a "ragasztó" a felelős a molekula számos tulajdonságáért, így igen fontos spektroszkópiai módszerekkel megismerni eloszlásukat az atomok között, és annak változásait is, vagyis hogy miként jelölnek ki az átalakulások során új helyet az atomoknak.

Új kísérleti bázis

A molekuláris átalakulásokat az atomi mozgások időskáláján tanulmányozó kutatók az úgynevezett időfeloldásos spektroszkópiai vizsgálatokkal próbálják felderíteni e változások elemi lépéseit. Ennek új hazai bázisát teremtik meg a Lendület keretében, amit röntgenlézereknél végzett kísérletekkel egészítenek ki. Vizsgálataik részletes információt adnak mind az atomi, mind az elektronszerkezetről. "A keményröntgen-lézerek több kilométeres lineáris részecskegyorsítókon alapulnak; az első ilyen berendezések csak az utóbbi években épültek meg. Fenntartásuk igen drága; az egyes kísérletek több millió dollárba kerülnek. Ezért és a mérőhelyek kis száma miatt a pályázati úton elnyerhető mérési lehetőség igen ritka" – hangsúlyozta Vankó György, hozzátéve, hogy mind az Egyesült Államokban, mind a Japánban található berendezésen az ő csoportja végezte az első nagyfelbontású röntgen-spektroszkópiai kísérletet. "A ritka kísérletek kiegészítése és előkészítése, illetve az elméleti munkákból eredő ötletek gyakorlati igazolása miatt nélkülözhetetlen egy hazai kísérleti bázis kialakítása" – mondta a fizikus, aki szerint kutatásaiban a megközelítés egyediségét az új femtoszekundumos röntgenes kísérleti lehetőségek felhasználásának, az itthoni lézeres mérési lehetőségek kiépítésének és az elméleti számításoknak az együttes alkalmazása adja.

Kutatás kedvező intézményi keretek között

A Lendület program keretében a kutatócsoport használhatja az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpontban található femtoszekundumos lézerlabor kapacitásának harmadát, emellett a központ azt is vállalta, hogy két főt átcsoportosít, illetve felvesz a projekthez.

"A kutatáshoz az MTA szerkezeti megújítása különösen kedvező intézményi kereteket teremtett; a tavaly létrejött MTA Wigner FK ugyanis biztosítja a szükséges szervezeti hátteret a két intézet részvételével folyó közös munkához és beruházáshoz, amelyet különálló intézetekként sokkal nehezebb lenne megvalósítani" – mondta Vankó György. A kutatásait eddig szinte kizárólag európai uniós forrásokból finanszírozó kutató számára a már megkezdett vizsgálatok folytatását, illetve a hazai kísérleti bázis megépítését teszi lehetővé a Lendület. A csoportvezető már fel is vette első új kollégáját, Szemes Dorottyát, aki a BME fizikus szakán végzett, és tárgyal egy Szegeden frissen végzett fizikussal is. A kutatócsoportban részt vesz továbbá Pápai Mátyás, aki a közeljövőben adja be PhD-dolgozatát. Ő a Lendületben való részvétele miatt későbbre halasztja külföldi posztdoktori munkára vonatkozó terveit. A kísérleti munkában jelentős szerepe lesz Németh Zoltán posztdoktornak, de Vankó György munkájához jelentős segítségre számít még Dombi Pétertől, az ultragyors lézerfizika fiatal, jelenleg Münchenben kutató, nemzetközi hírű szakértőjétől is.