Prof. Marek Szafrański jest fizykiem eksperymentalnym. W tej profesji bardzo duże znaczenie ma aparatura do wykonywania badań. - Jeśli jestem w stanie, to wykonuję naprawy samodzielnie, ponieważ jednorazowy przyjazd serwisu jest zazwyczaj wydatkiem rzędu od kilkunastu do kilkudziesięciu tysięcy złotych.  

Prof. Szafrański (Zakład Fizyki Dielektryków) specjalizuje się w fizyce ciała stałego. Naukowiec bada m.in. strukturalne przemiany fazowe w kryształach, materiały o własnościach ferroelektrycznych, a w ostatnich latach również związki o strukturze perowskitu do zastosowań fotowoltaicznych. Profesor, który jest w gronie 100 najczęściej cytowanych badaczy na UAM, ma na koncie około 90 prac, z czego 22 to autorskie publikacje oparte o samodzielnie wykonane badania. Wiele artykułów opublikował w prestiżowych czasopismach takich jak: The Journal of Physical Chemistry Letters czy Physical Review Letters. 

Fizykiem został trochę przez przypadek. - W liceum interesowały mnie nauki ścisłe, myślałem o studiach na politechnice, może o architekturze. Gdy się okazało, że mam wolny wstęp bez egzaminu na fizykę na Uniwersytecie im. Adama Mickiewicza w Poznaniu wybrałem ją i tak już zostało do dzisiaj - wspomina. 

Po studiach pełnomocnik ds zatrudnienia zaproponował mu, a były to czasy, kiedy absolwent miał obowiązek podjęcia pracy po studiach, posadę w zakładach młynarskich na Pomorzu. Pojawiła się też możliwość rozpoczęcia kariery w astronomii, jednak świeżo upieczony magister zdecydował się przyjąć ofertę zatrudnienia na stanowisku pracownika naukowo-technicznego na Wydziale Fizyki macierzystej uczelni. 

 Początki nie były łatwe. - Młodzi mają teraz o wiele większe możliwości niż w latach 80 XX wieku. Szybciej mogą się rozwijać, robić karierę, wyjechać za granicę. Ja po stażu zarabiałem około 3 tysiące złotych z czego 1700 płaciłem za wynajęty pokój. To było funkcjonowanie na granicy nędzy. Na dodatek etat naukowo-techniczny nie sprzyjał szybkiemu zrobieniu doktoratu. 

Doktorat z kryształów 

Początkowo prof. Marek Szafrański zajmował się elektrooptycznym efektem Kerra w cieczach, a po dwóch latach zmienił tematykę na własności optyczne kryształów i w tej dziedzinie się doktoryzował.  

- Przygotowując rozprawę doktorską równolegle poszukiwałem nowej tematyki badawczej. Interesowały mnie strukturalne przemiany fazowe w ciele stałym wywołane zmianą temperatury lub ciśnienia. Takie przemiany wiążą się ze zmianą budowy wewnętrznej kryształów, co skutkuje zmianą ich własności fizycznych. Wykonywałem syntezy nowych związków chemicznych, ale nie miałem narzędzi do ich analizy. Ten stan rzeczy uległ zmianie dopiero po zbudowaniu urządzenia do różnicowej analizy termicznej. Przynajmniej dawało to możliwość detekcji przemian fazowych w wytwarzanych materiałach. Jednak rzeczywiste możliwości prowadzenia badań w tym obszarze umożliwiło dopiero pozyskanie przez Wydział dyfraktometru do badań rentgenostrukturalnych na monokryształach i opanowanie przeze mnie technik analizy strukturalnej. 
 

Rekordowa deformacja 

Co ciekawe pierwszą przemianę fazową młody badacz odkrył przez przypadek. Jeden z wytworzonych, prostych i z pozoru mniej ciekawych materiałów, przy podgrzewaniu nieco się poruszył. Mogło to być tylko złudzenie, ale dalsze badania pokazały, że w substancji tej zachodzi przemiana fazowa w pobliżu temperatury pokojowej, której towarzyszy wydłużenie kryształów o 44 procent! To jest rekordowa deformacja, jaką kiedykolwiek obserwowano dla substancji krystalicznej. Czy taką przemianę można przeoczyć? Okazuje się, że tak, bo ten materiał był już wcześniej badany w kilku ośrodkach, m.in. w Japonii, a także na Wydziale Fizyki UAM. 

 Od tego czasu profesor zaczął koncentrować się właśnie na syntezie nowych materiałów, hodowli kryształów i badaniu ich własności fizycznych i struktury. Sam naukowiec za jedno z najważniejszych osiągnięć uważa badania związane z ferroelektrycznością. Zjawisko to jest istotnym tematem w fizyce ciała stałego. Ferroelektryki należą do materiałów wielofunkcyjnych. Charakteryzują się dużą wartością przenikalności elektrycznej, mają własności piezoelektryczne oraz piroelektryczne. Z tego względu znajdują one szereg zastosowań we współczesnej technice np. w kamerach termowizyjnych, noktowizorach, w mikroskopii skaningowej, w czujnikach naprężeń czy do generowania ultradźwięków. Jednak podstawową własnością materiałów ferroelektrycznych jest obecność polaryzacji spontanicznej i możliwość zmiany stanu polaryzacji poprzez przyłożenie pola elektrycznego, co stwarza możliwości zapisu i przechowywania informacji. Efektem badań prowadzonych w tym kierunku są pamięci FeRAM (Ferroelectric Random Access Memory), charakteryzujące się szybkim czasem dostępu do zapisanej informacji. Duża odporność na promieniowanie jonizujące sprawia, że tego typu układy wykorzystywane są w technologiach kosmicznych oraz w lotnictwie. 

- Przez lata prowadzonych badań znalazłem własności ferroelektryczne w dziesięciu materiałach – myślę, że w licznej grupie naukowców pracujących w tym obszarze jest to wyróżniające osiągnięcie. 

Nanobszary jak rodzynki 

Prof. Marek Szafrański razem z prof. Andrzejem Katrusiakiem z Wydziału Chemii odkrył nową grupę wśród materiałów, które nazywane są relaksorami ferroelektrycznymi. Występują w nich spolaryzowane nanoobszary o wielkości od kilku do kilkudziesięciu nanometrów, które można przyrównać do rodzynek zanurzonych w cieście. Dzięki obecności polarnych nanodomen materiały tego typu charakteryzują się niesłychanie wysoką stałą dielektryczną i często gigantycznym piezoefektem. W zwykłych dielektrykach względna stała dielektryczna przyjmuje wartości od 3 do 5, natomiast w ferroelektrycznych relaksorach jest o kilka rzędów wielkości większa i to zazwyczaj w szerokim zakresie temperatur! 

Topowe perowskity 

Od 2015 roku naukowiec zajmuje się halogenkami o strukturze perowskitu, które w ostatnich latach są jednym z topowych tematów w obszarze materials science. Materiały te charakteryzują się doskonałymi parametrami fotowoltaicznymi przy niskich kosztach i łatwej technologii wytwarzania. Włączenie się w ten nurt badań ułatwiła profesorowi wiedza, jaką zdobył przed laty w trakcie przygotowywania pracy habilitacyjnej, w której charakteryzował podobne materiały. Znajduje to odzwierciedlenie w wyraźnym wzroście cytowalności prac opublikowanych w tamtym okresie. 

Ostatnie trzy ważne publikacje profesora dotyczą badań ciśnieniowych. 

- W warunkach laboratoryjnych, przykładając ciśnienie hydrostatyczne, jesteśmy w stanie zmieniać długości wiązań i kąty pomiędzy wiązaniami i śledzić jak to wpływa na własności optoelektroniczne materiałów perowskitowych. Jest to „czysta” metoda, która pozwala bez ingerencji chemicznej wskazać kierunki dalszych badań nad udoskonaleniem absorbentów fotowoltaicznych. 

Artykuły poświęcone fotowoltaice ukazały się w najwyżej punktowanym czasopiśmie - The Journal of Physical Chemistry Letters. Profesor ceni szczególnie ten zatytułowany “Photovoltaic hybrid perovskites under pressure” napisany na zaproszenie edytora. Istotność pracy podkreśla okładka, na której znalazła się grafika odnosząca się do tekstu. 

Eksperyment to podstawa 

Prof. Marek Szafrański jest fizykiem eksperymentalnym czyli takim, który bada nowe zjawiska i sprawdza teoretyczne przewidywania. W tej profesji bardzo duże znaczenie ma aparatura niezbędna do wykonywania badań. Dziś na polskich uniwersytetach potrzebnego sprzętu jest o wiele więcej niż 40 lat temu, ale jak mówi profesor - jeszcze odstajemy od światowej czołówki. 

 - Na zakup sprzętu trzeba pozyskać często ogromne kwoty, ale kiedy się już aparaturą dysponuje trzeba ją jeszcze utrzymać. W moim laboratorium są urządzenia o wartości kilku milionów złotych, które są intensywnie eksploatowane od wielu lat. W minionym roku spędziłem 20-30 procent czasu pracy na naprawach. Jeśli tylko jestem w stanie, to wykonuję naprawy samodzielnie korzystając jedynie z konsultacji serwisowych, ponieważ jednorazowy przyjazd serwisu jest zazwyczaj wydatkiem rzędu od kilkunastu do kilkudziesięciu tysięcy złotych. Przy rocznym budżecie na moją grupę rzędu kilku tysięcy mam wybór – albo zawiesić działalność albo radzić sobie we własnym zakresie. Sytuacja uległa pogorszeniu dwa lata temu, kiedy to jedną decyzją urzędniczą pozbawiono nas możliwości przesuwania środków na następny rok i tworzenia funduszu na awarie sprzętowe. Dla mnie ta decyzja to jest czysty sabotaż. Tak wyglądają sprawy od kuchni fizyka doświadczalnego, dlatego irytują mnie wypowiedzi niektórych kolegów zajmujących się teorią, którzy „nie widzą żadnej różnicy pomiędzy pracą teoretyka i eksperymentatora”. 

Trzeba być uważnym  

Prof. Marek Szafrański twierdzi, że odkrycia przychodzą z czasem same, trzeba im tylko trochę pomóc.

 - Często pojawiają się niespodziewanie, trzeba jednak uważnie interpretować uzyskiwane dane eksperymentalne, bo można przejść obok.  

Fizyk niechętnie mówi o przyszłości, ponieważ jeszcze nie wie, jak długo będzie aktywny zawodowo. - Nadal interesują mnie tematy związane z ferroelektrycznością. Obecnie realizuję grant NCN związany z badaniami wysokociśnieniowymi perowskitów i to jest moja perspektywa na najbliższe 3 lata. 

Na uwagę, że niektórzy naukowcy pracują nawet na emeryturze, profesor z uśmiechem mówi, że: - Tak to się pewnie i u mnie skończy. Fizyka stała się jego pasją: - Bez niej w tego typu pracy nic się nie zrobi. 

Nic dziwnego zatem, że większość czasu naukowiec poświęca pracy. - Gdy wpadnę w jej rytm cierpią inne obowiązki. Ale oczywiście mam swoje zainteresowania. Jak byłem młodszy grałem w sekcji piłki ręcznej na uniwersytecie, zdobyliśmy nawet mistrzostwo Polski uniwersytetów. Teraz gram co najwyżej w siatkówkę, ale od wiosny do późnej jesieni zajmuję się także ogrodem. To absorbujące, ale przyjemne zajęcie. 

Czytaj też: Dr Paweł Zawadzki. Dopasować lek do DNA