Profesor Józef Barnaś z Wydziału Fizyki i Astronomii uważany jest za jednego z prekursorów nowoczesnej spintroniki – dziedziny badającej fizyczne właściwości spinu elektronu i możliwości jego praktycznego wykorzystania. Jako współpracownik noblistów – Alberta Ferta oraz Petera Grünberga – teoretycznie wyjaśnił odkryte przez nich zjawisko gigantycznego magnetooporu.
Profesor za swoje badania był wielokrotnie nagradzany, w tym Nagrodą Fundacji na rzecz Nauki Polskiej (tzw. polskim Noblem), Nagrodą Marii Curie-Skłodowskiej czy Medalem Smoluchowskiego PTF. W naszych uniwersyteckich rankingach od kilku lat znajduje się w pierwszej dziesiątce osób z najwyższym indeksem Hirscha.
Jak wspomina, zamiłowanie do nauk przyrodniczych wyniósł ze szkoły średniej.
– Skończyłem III LO w Tarnowie, które słynęło ze świetnych, wywodzących się jeszcze z przedwojennej szkoły lwowskiej, nauczycieli przedmiotów przyrodniczych. Mnie od początku szkoły podstawowej interesowała biologia. Tak było też w liceum, dopiero w III klasie zainteresowałem się chemią, a w IV spodobała mi się fizyka – i tak już zostało. Po maturze postanowiłem, że będę studiował fizykę na UAM. Zdecydowałem się na Poznań, choć tak naprawdę bliżej mi było do Krakowa. Później raz lub dwa rozważałem zmianę, ale ostatecznie z perspektywy czasu myślę, że podjąłem dobrą decyzję – mówi.
Studia na UAM
Na studiach Józef Barnaś zainteresował się fizyką fazy skondensowanej i magnetyzmem. Jak wspomina, była w tym duża zasługa prof. Morkowskiego, który w tym czasie prowadził wykłady z teorii ciała stałego. Zajęcia te w dużej mierze sprecyzowały jego naukowe zainteresowania. Na uniwersytecie jednak nie został, a przeszkodą okazała się obowiązkowa służba wojskowa. Jako młody człowiek, z apetytem na doktorat, nie bardzo miał ochotę robić sobie roczną przerwę od nauki. Wówczas jeden z kolegów podpowiedział mu, aby poszukał zatrudnienia – tak trafił na Politechnikę Poznańską. Wojska jednak nie uniknął.
Początkowo pracował w Instytucie Fizyki. Z tego krótkiego okresu w pamięci prof. Barnasia zostały głównie zajęcia, które prowadził dla studentów wszystkich politechnicznych wydziałów. Było ich tak dużo, że w trakcie sesji do jego drzwi po zaliczenie pukały niekiedy setki osób. Później, w trakcie pracy na UAM, nie doświadczył już takiego obciążenia dydaktycznego.
– Oprócz zajęć dydaktycznych pracowałem też nad swoim doktoratem. A nie było to wcale takie proste – opowiada prof. Barnaś. Aby uzyskać dostęp do literatury, należało przejść skomplikowaną procedurę. W bibliotece dostępne były tylko nieliczne czasopisma. Były też broszury, które zawierały informacje o tym, co ukazało się w danym okresie w czasopismach naukowych. Na tej podstawie wypełniało się fiszkę wielkości kartki pocztowej z prośbą do autora o przesłanie reprintu pracy. A potem należało już tylko cierpliwie czekać: nieraz dwa-trzy miesiące, a czasem artykuł nie przychodził wcale, bo autor akurat nie miał już odbitek czy zapomniał je przesłać. Takie to były czasy.
Dziś, w epoce rozwijania internetu, taka sytuacja wydaje się niepojęta. Jednak w latach 80. ubiegłego wieku nikogo nie dziwiła. Naukowcy z Polski mieli bardzo utrudnione kontakty z kolegami z zagranicy, a współpracę naukową nawiązywano głównie na drodze prywatnych znajomości. Jak wspomina prof. Barnaś, w tym czasie w Polsce praktycznie trudno było o wielkie odkrycia. Brakowało nie tylko dostępu do literatury, ale również aparatury niezbędnej do badań eksperymentalnych. Powszechną praktyką na polskich uczelniach były zatem warsztaty, w których naukowcy wspomagani przez techników przygotowywali sprzęt pomiarowy.
– Często pytano mnie, jak porównuję warunki pracy za granicą i w Polsce. Muszę powiedzieć, że jako teoretyk aż tak bardzo tych różnic nie odczuwałem. Choć oczywiście biblioteka i centrum obliczeniowe w Niemczech zrobiły na mnie duże wrażenie, zwłaszcza że w Polsce pracowałem początkowo na kalkulatorze, a później na pierwszych małych komputerach typu „meritum”, o ile dobrze pamiętam.
Mimo tego prof. Barnaś swoje pierwsze lata pracy na politechnice wspomina dobrze, w znacznym stopniu bowiem ukształtowały w nim naukowca. W grupie teoretyków, do której trafił, nikt specjalnie nie interesował się postępami w prowadzonych przez niego badaniach. To sprawiło, że nauczył się samodyscypliny i samodzielności, a w zamian dostał tak pożądaną wolność w wyborze tematyki badawczej.
– Zacząłem od tematów, które wydawały mi się proste. Dziś ze zdziwieniem, ale i satysfakcją stwierdzam, że wiele z nich, jak choćby magnonika czy efekt magnetoelektryczny, stały się na nowo modne. Niedawno w ramach projektu, którym kieruje prof. UAM Anna Dyrdał, opublikowaliśmy pracę na temat oddziaływania plazmonów z falami spinowymi w modnych obecnie układach van der Waalsa. A jest to tematyka moich pierwszych prac opublikowanych w „Acta Physica Polonica” – tyle że w zupełnie innych materiałach – dodaje.
Jülich
Decyzja o wyjeździe za granicę zbiegła się w czasie z rozwiązaniem przez władze PP zespołu teoretyków i włączeniem prof. Barnasia do grupy dydaktyków. Szczęśliwie nadarzyła się w tym czasie okazja do kontraktu w grupie prof. Petera Grünberga, z której prof. Barnaś postanowił skorzystać. Jak wspomina, do Kernforschungsanlage (dzisiaj Centrum Badań Jülich) trafił w czerwcu 1988 r. Ten wyjazd podzielił jego naukowe życie na dwie połowy.
– Trafiłem w naprawdę dobre miejsce. Peter Grünberg pracował właśnie nad materiałami, które miały mu przynieść Nagrodę Nobla – czego wówczas oczywiście nie wiedzieliśmy. W laboratorium badał struktury składające się z dwóch warstw magnetycznych i jednej niemagnetycznej, mierząc w nich fale spinowe i magnetoopór. Pierwszym moim zadaniem, które dostałem zaraz po przyjeździe, było wyznaczenie parametru międzywarstwowego odziaływania wymiennego ze spektrum fal spinowych. Problem ten udało się szybko rozwiązać dzięki mojemu doświadczeniu z pracy w PP. Współpraca ta przyniosła mi wiele bardzo dobrych publikacji, które do dziś są chętnie cytowane – mówi profesor.
W strukturach tych Peter Grünberg i Albert Fert (z Unité Mixte de Physique w Paryżu) niezależnie odkryli w 1988 r. efekt gigantycznego magnetooporu, zjawisko uznawane za podstawę nowej ery fizyki – za to odkrycie otrzymali Nagrodę Nobla w 2007 r. Profesor Józef Barnaś razem z prof. R.E. Camleyem z Uniwersytetu w Kolorado są autorami teorii opisującej mechanizm tego zjawiska oraz opisu jego podstawowych właściwości fizycznych.
– Myślę, że Grünberg od początku wiedział, nad czym pracuje. Krótko po odkryciu efekt magnetooporowy został praktycznie wykorzystywany do odczytu i zapisu informacji na twardych dyskach komputerowych. Potem znalazł też zastosowanie w elementach pamięci. Odkrycie gigantycznego magnetooporu przez Petera Grünberga i Alberta Ferta, jak również moje prace teoretyczne dotyczące fizycznych podstaw tego zjawiska, przyczyniły się do powstania nowej dziedziny wiedzy: spintroniki.
Po pobycie w Jülich prof. Barnaś miał okazję współpracować jeszcze z drugim noblistą, prof. Albertem Fertem. Poza Niemcami i Francją prace badawcze prowadził również w Belgii, na Katolickim Uniwersytecie w Leuven w zespole Yvana Bruynseraede.
UAM
Po sześciu latach podróży naukowych prof. Józef Barnaś postanowił wrócić do Polski. Wcześniej, między pobytem w Jülich a wyjazdem do Francji i Belgii, dzięki propozycji prof. Zbigniewa Jacyny-Onyszkiewicza zatrudnił się na Wydziale Fizyki UAM, gdzie do dziś pracuje w stworzonym przez siebie Zakładzie Fizyki Mezoskopowej (kierowanym obecnie przez prof. Annę Dyrdał).
Profesor Barnaś mawia, że nie lubi zatrzymywać się na jednym temacie. Woli wyznaczać ścieżki, po których dalej będą podążać inni naukowcy. Niewątpliwie świadczy o tym wielowątkowość jego dorobku naukowego. Są w nim zarówno wspomniane wcześniej publikacje poświęcone zjawisku gigantycznego magnetooporu, jak i prace związane z dynamiką magnetyczną indukowaną prądem elektrycznym, kropkami kwantowymi, magnetycznymi molekułami, a w szczególności prace dotyczące dwuwymiarowych materiałów, takich jak grafen i inne materiały grafenopodobne. Zapytany o wspólny mianownik wszystkich tych badań, wskazuje własności elektronu ze szczególnym uwzględnieniem spinu i oddziaływań spinowo-orbitalnych. To właśnie spin niezmiennie budził jego naukową ciekawość i znalazł szczególne miejsce w publikacjach.
– Większość problemów, którymi się interesowałem, dotyczyła czystej fizyki, obliczenia były drogą do jej poznania i zrozumienia, bardzo ważną, ale tylko drogą. Dzisiaj obserwuję, z jaką łatwością niektórzy młodzi badacze korzystają z gotowych pakietów obliczeniowych i publikują wyniki ozdobione ładnymi, kolorowymi obrazkami, za którymi nie zawsze wiadomo, co się kryje. Ja wolałem policzyć sam, dzięki czemu miałem kontrolę nad tym, co uzyskam w efekcie końcowym mojej pracy. Nie rozumiem też tej pogoni za punktami. Mam wrażenie, że prowadzi to do dewaluacji naszej etyki zawodowej. Jeśli mam możliwość, to z powodzi dostępnych czasopism naukowych wybieram „Physical Review B” czy „Physical Review Letters”, a nie pięknie ozdobione wysokopunktowane magazyny.
Profesor Barnaś zapowiada, że w tym roku zamierza zakończyć swoją pracę na UAM. Nie kończy natomiast z nauką – będzie kontynuował działalność naukową w Instytucie Fizyki Molekularnej Polskiej Akademii Nauk.
– Sporo jest tych tematów, którymi chciałbym się jeszcze zająć. Ostatnio zainteresowałem się kosmologią – ale raczej jako hobby, gdyż nie mam złudzeń, że jeszcze mógłbym coś znaczącego w tej dziedzinie osiągnąć. Na pewno więc zostanę przy fizyce fazy skondensowanej, tam będę szukał drzwi, które jeszcze nie zostały otwarte dla wiedzy – zapowiada.
Nobel
Po przyznaniu Nagrody Nobla z fizyki Grünbergowi i Fertowi prof. Barnaś wielokrotnie był proszony o komentarz w tej sprawie. Koledzy zastanawiali się, dlaczego nie znalazł się w gronie nagrodzonych. Ówczesny prorektor prof. Bogusław Mróz w rozmowie z „Gazetą Wyborczą” tłumaczył tę sytuację brakiem odpowiedniego marketingu ze strony uczelni.
– Nigdy nie miałem aspiracji do tej nagrody – odpowiada ze spokojem prof. Barnaś. – Nagroda była za odkrycie efektu gigantycznego magnetooporu, a tego odkrycia dokonali Grünberg i Fert. Mój wkład do efektu gigantycznego magnetooporu sprowadził się do wyjaśnienia jego fizycznego mechanizmu i teoretycznego opisu jego głównych właściwości – tłumaczy. – Ostatnimi laty wpadła mi w ręce autobiografia Grünberga, w której znalazłem swoje zdjęcie i cały akapit poświęcony naszym wspólnym badaniom. To było bardzo miłe i odebrałem to jako hołd złożony naszej współpracy – dodaje.
