Prestižní vědecký časopis Nature Chemistry zveřejnil článek kolegy Karla Žídka
Fotosyntéza je nesmírně důležitý proces, který umožňuje přeměnit sluneční záření na chemickou
energii. Řeší se tak problém přeměny světla na energii a zároveň i uložení této energie pro
pozdější použití. Tento proces využívají zelené rostliny a řada dalších organismů a věda se mu
snaží plně porozumět již více jak sto let. Nové poznatky mají nyní vědci díky rozvoji laserů a
publikoval je i prestižní časopis Nature Chemistry.
„Zatímco obecné zákonitosti fotosyntézy jsou poměrně dobře prozkoumány, procesy na samém počátku
– po absorpci světla – zůstávaly dlouho mimo dosah vědy,“ řekl Karel Žídek z Ústavu fyziky plazmatu
AV ČR a centra TOPTEC (Regionální Centrum speciální optiky a optoelektronických systémů v Turnově).
Přenos energie totiž probíhá velmi rychle a není možné jej běžnými prostředky rozklíčovat. „
Pro představu - pokud porovnáme historii celého vesmíru (cca 14 miliard let) a délku 1 minuty,
dostaneme stejný poměr jako mezi 1 minutou a desítkami femtosekund. To je časová škála, kterou se
náš článek zabývá,“ doplnil Karel Žídek.
Až rozvoj laserů, které dokáží generovat velmi krátké pulsy, a nové experimentální metody
(obecně nazývané ultrarychlá spektroskopie) umožnily pochopit děje, které se skrývají za přenosem
energie od „antén“, které absorbují světlo, až k místu, kde probíhá přeměna na chemickou energii.
Měření v laboratořích Donata Zigmantase z Lundské univerzity ve Švédsku, podpořené teoretickými
výpočty, umožnilo s mnohem větší přesností rozklíčovat probíhající procesy ve fotosyntéze.
Článek je také obecným návodem, jak je možné v budoucnu odlišit koherentní jevy nosičů
náboje (elektronů) a koherentní vibrační signál. Abstrakt článku naleznete
zde.
Ústav fyziky plazmatu, prostřednictvím centra TOPTEC, aktivně spolupracuje s Univerzitou
v Lundu. Další experimentální práce, které probíhají za podpory Laserlab Europe, přinášejí
nové výsledky spolupráce, které umožní další pokrok v oblasti ultrarychlé spektroskopie a
spektroskopie obecně.
RNDr. Karel Žídek, Ph.D. pracuje nyní třetím rokem na Ústavu fyziky plazmatu AV ČR
v centru TOPTEC (Regionální Centrum speciální optiky a optoelektronických systémů
v Turnově). Optice se věnuje celou svou vědeckou kariéru, kterou započal v rámci
magisterského studia na MFF UK. Ve své diplomové práci se věnoval výzkumu křemíkových nanokrystalů
pomocí ultrarychlé spektroskopie.
Po obhajobě doktorské práce v prosinci 2010 pokračoval K. Žídek v tématu ultrarychlé
laserové spektroskopii také v rámci své post-doktorské stáže na Lund University (Švédsko). Zde
se však zaměřil na studium materiálů přeměňující světlo v elektrickou nebo chemickou energii
(fotovoltaické články a fotosyntetické komplexy). Kombinací optické a terahertzové spektroskopie se
díky experimentům a simulacím K. Žídka například podařilo přesně určit dobu separace nábojů
v solárních článcích založených na kvantových tečkách, a to v lineárním i nelineárním
režimu. Dokladem tohoto úspěchu může být i značný citační ohlas, který tyto experimenty publikované
v
Nano Letters a
J. Am. Chem Soc. vyvolaly.
Během své 4-leté post-doktorské stáže se K. Žídek začal věnovat také novým metodám optické
spektroskopie (2D elektronová koherentní spektroskopie založená na fotonovém echu), rozvoji těchto
metod a podílel se na vybudování nových experimentů (např. citlivého měření detektujícího změnu
1/10
7 v propustnosti vzorku pro určení ochranných mechanismů rostlin při
fotosyntéze).
Posun od měření metodami laserové spektroskopie k vývoji nových metod pokračoval i po
návratu z post-doktorské stáže, když získal pozici vědeckého pracovníka na ÚFP AV ČR, v centru
TOPTEC. K. Žídek se nyní věnuje použití tzv. komprimovaného snímání – to je zcela nový přístup
k měření dat (například obrazu nebo spekter), který umožňuje pomocí náhodného kódování
zrekonstruovat obraz (nebo např. hyperspektrální informaci) pomocí velmi malého počtu měření. K.
Žídek tento směr implementuje v metodách laserové spektroskopie, kde může tento přístup zásadně
posunout možnosti současných měřících metod. Kromě výzkumu se K. Žídek věnuje také vedení studentů
v rámci centra TOPTEC a zaštiťuje popularizační přednášky o optice pro Gymnázium Turnov.
Foto: Marcelo Alcocer, Lund University (na fotografii je část optického uspořádání, které se při
měření používalo).
