„Największym wyzwaniem jest przeniesienie obserwowanych i symulowanych numerycznie efektów kwantowych do codziennego życia” mówi Carmine Autieri, kierownik grupy badawczej i profesor w Instytucie Fizyki Polskiej Akademii Nauk. W czerwcowym wywiadzie dla Stacji PAN w Rzymie prof. Autieri zgodził się opowiedzieć o swoich doświadczeniach z pracy w Polsce i za granicą, o swojej działalności naukowej, a także o osiągnięciach w wieloletniej pracy w zakresie fizyki materii skondensowanej i o swoich planach na przyszłość.

Co Pan sądzi o Polsce, zwłaszcza po pobytach za granicą w Czechach czy Francji?

Carmine Autieri: W Polsce miałem okazję odwiedzić głównie Kraków i Warszawę. Oba miasta są bardzo gościnne i otwarte na turystykę międzynarodową, mają wielokulturowy klimat, typowy dla dużych europejskich metropolii. Są też bardzo nowoczesne, posiadają doskonale rozwiniętą sieć usług. Uważam, że to doskonałe miejsce dla mieszkańców, ale także dla turystów. Młodzi ludzi ludzie, zwłaszcza w większych miejscowościach, posługują się świetnie językiem angielskim, na bardzo wysokim poziomie. W Polsce jest teraz dynamiczny, elastyczny i merytokratyczny rynek pracy, który daje możliwość rozwoju zawodowego. Taki model życia stwarza ogromną motywację, zwłaszcza u młodych ludzi.

Jak się pracuje i współpracuje z Polakami?

CA: Zacznę od tego, że w dziedzinie fizyki materii współpraca jest czymś nieodzownym; wystarczy pomyśleć, że jeden artykuł naukowy może mieć do 20 współautorów. Współpraca jest więc konieczna, ponieważ każdy posiada własną wiedzę i umiejętności i tylko praca zespołowa umożliwia przeprowadzanie różnych eksperymentów i obliczeń teoretycznych. Na podstawie różnych informacji zgromadzonych z części teoretycznej i eksperymentalnej wyciąga się wnioski na temat przeprowadzonych badań. Miałem okazję współpracować z różnymi pracownikami, z Polski i spoza niej. Osobiście uważam, że świetnie się z nimi współpracuje, tak z zawodowego, jak i osobistego punktu widzenia.

Na czym dokładnie polega Pana praca w zakresie fizyki materii skondensowanej?

CA: Moje badania obejmują wzajemny wpływ magnetyzmu, sprzężenia spinowo orbitalnego i symetrii krystalicznych, który wytwarza efekty topologiczne. Efekty topologiczne są niezwykle złożone i przyczyniają się do tego, że powierzchnie materiałów zachowują się inaczej niż ich wewnętrzne części, co w ciągu ostatnich 15 lat otworzyło drogę do odkrycia mnóstwa nowych zjawisk i mechanizmów fizycznych. Badałem ponadto różne właściwości transportowe, takie jak anomalne zjawisko Halla, kwantowy efekt Halla i skwantowany spinowy efekt Halla. Ostatnio, wraz z moim zespołem, skupiamy się również na badaniach nad altermagnetyzmem.

Jak rozpoczęła się Pana współpraca z Polską Akademią Nauk?

CA: W styczniu 2018 roku byłem gościem mojego współpracownika, dr Wojciecha Brzezickiego. W Instytucie Fizyki PAN pracowaliśmy nad anomalnym efektem Halla między płaszczyznami ograniczającymi różnych materiałów. W Warszawie spotkałem prof. Tomasza Dietla, który powiedział mi o konkursie finansowanym przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej na stanowisko adiunkta w mojej specjalizacji i dla kandydatów z doświadczeniem zawodowym zbieżnym z tym, które miałem w tamtym czasie. Akurat szukałem nowej pracy, więc zgłosiłem się od razu w kwietniu. Wygrałem konkurs i w czerwcu 2018 roku byłem już w Warszawie.

Jak wygląda struktura i skład wydziału, w którym Pan pracuje?

CA: Magtop to centrum międzynarodowe. Na oddziale pracuje ok. 50% Polaków i 50% cudzoziemców, z których większość pochodzi z Azji, reszta zaś z Europy i z Ameryki. Wydział dzieli się na sześć zespołów. Trzy grupy specjalizują się w części eksperymentalnej, podczas gdy pozostałe trzy skupiają się na aspektach teoretycznych. Mój zespół pracuje nad badaniami teoretycznymi, prowadząc symulacje numeryczne. Jedną z cech charakterystycznych naszego oddziału jest masowe wykorzystywanie dużych infrastruktur. Teoretycy używają olbrzymich superkomputerów udostępnianych przez różne polskie infrastruktury, takie jak PL-Grid, natomiast eksperymentatorzy często korzystają z laboratoriów Grenoble do wysokopolowych badań magnetycznych i z SOLARIS. Ten ostatni jest jedynym synchrotronem w Europie Środkowo-Wschodniej i znajduje się w Krakowie.

Z jakimi podmiotami współpracuje Magtop?

CA: Pracownicy Magtop współpracują z wieloma międzynarodowymi firmami, głównie z Europy Zachodniej, ale nie tylko. Kooperujemy także z czołowymi przedsiębiorstwami z branży technologicznej na arenie polskiej i światowej, jak np. VIGO System S.A., PUREMAT Technologies, KRIOSYSTEM, MeasLine S.A. i inne. Prowadziliśmy również badania we współpracy z naukowcami z Microsoft. Aby utrwalić i utrzymać te kontakty, Magtop wsparł i zorganizował kilka serii międzynarodowych spotkań i konferencji, z których dwie odbyły się w Warszawie w samym 2023 roku.

A co sądzi Pan o PAN-owskim Instytucie Fizyki?

CA: Na przestrzeni lat IF PAN wniósł znaczący wkład w rozwój fizyki materii topologicznej. To właśnie tutaj w latach w latach sześćdziesiątych zostały odkryte po raz pierwszy stożki Diraca, które później stały się sławne w roku 2004 wraz z wytworzeniem grafenu. W roku 2012, Prof. Tomasz Story i jego zespół eksperymentalnie wykazali istnienie krystalicznego izolatora topologicznego. Ponadto, IF PAN jest znany ze swojego ogromnego wkładu w fizykę półprzewodników magnetycznych na przestrzeni kilku dziesięcioleci – od końca ubiegłego wieku do początku XXI wieku.

Czy może Pan opowiedzieć nam o najciekawszych odkryciach lub wynikach, do których przyczyniły się Pańskie badania?

CA: W przeszłości skupiałem się głównie na przemianach fazowych pomiędzy metalami izolującymi w tlenkach metali przejściowych. Ostatnio, wraz z Wojciechem Brzezickim z Uniwersytetu Jagiellońskiego i CNR-SPIN (Włochy), możemy pochwalić się ważnymi badaniami nad anomalnymi efektami Halla w tych samych związkach. Wraz z prof. Tomaszem Dietlem i innymi członkami Magtop badałem oddziaływanie pomiędzy momentami magnetycznymi w izolatorach topologicznych. Centrum Magtop wniosło ponadto duży wkład w badanie pasm płaskich materiałów, kompensacji kwantowego efektu Halla i rozwój nowych materiałów, które mogą powielać te efekty.

Co planuje Pan opublikować w najbliższej przyszłości?

CA: Obecnie mój zespół badawczy koncentruje się na nowym rodzaju magnetyzmu, który został nazwany altermagnetyzmem. Dotychczas głównymi grupami znanych materiałów magnetycznych były ferromagnetyki i antyferromagnetyki. Układy altermagnetyczne cechują się namagnesowaniem antyferromagnetyków, ale ich poziomy energetyczne są typowe dla ferromagnetyków. Umożliwia to jednoczesne wykorzystanie właściwości ferromagnetyków i antyferromagnetyków, co wcześniej nie wydawało nam się możliwe. Badania w tym zakresie prowadzi się dopiero od 2-3 lat, istnieje więc jeszcze wiele niezbadanych aspektów na tym polu, które kryje ogromny potencjał do ich aplikacji i produkcji nowych urządzeń elektronicznych. Wraz z członkami mojego zespołu liczymy na wniesienie znaczącego wkładu w dziedzinę altermagnetyzmu.

Co byłoby dla Pana największym wyzwaniem zawodowym?

CA: Magtop działa na dwóch frontach: „czysto naukowym” i „zastosowań technologicznych”. Największym wyzwaniem jest przeniesienie obserwowanych i symulowanych numerycznie efektów kwantowych do codziennego życia. Najtrudniejszym zadaniem jest odtworzenie tych efektów w urządzeniach w temperaturze pokojowej, przy ograniczonych kosztach i wysokim stopniu niezawodności urządzenia. Jest to coś, na czym nam bardzo zależy i zmierzamy w tym kierunku. Świadczy o tym fakt, że w ciągu ostatnich 3 lat opracowaliśmy 5 patentów we współpracy z naszymi partnerami przemysłowymi, a kolejne patenty są w przygotowaniu.

Czy Warszawie spotkał Pan innych włoskich naukowców?

CA: Obecnie w Polsce pracuje kilku włoskich badaczy fizyki materii, jednym z nich jest dr Giuseppe Cuono, który jest członkiem mojej ekipy badawczej w IFPAN. Inni włoscy koledzy pracują w IFPAN, na Uniwersytecie Warszawskim i na Uniwersytecie Toruńskim. Oczywiście znamy się i wymieniamy uwagami i opiniami na temat naszego życia społecznego i zawodowego w Polsce.

Profesor Autieri, specjalista w zakresie fizycznych symulacji numerycznych materii skondensowanej, pracuje w Międzynarodowym Centrum nad wzajemnym oddziaływaniem MAGnetyzmu i nadprzewodnictwa z materiałami TOPologicznymi (MagTop). Magtop jest oddziałem Instytutu Fizyki Polskiej Akademii Nauk (IFPAN) w Warszawie założonym przez prof. Tomasza Dietla i prof. Tomasza Wojtowicza w 2017 roku.
Od kilku lat Magtop jest finansowany głównie przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej (FNP) i prowadzi interdyscyplinarne badania z zakresu materiałoznawstwa i możliwych zastosowań technologicznych. Dodatkowe źródła finansowania pochodzą z funduszy europejskich za pośrednictwem Programu Marie Skłodowska-Curie oraz innych polskich agencji finansujących, takich jak NCN i NAWA.