Jaak Kikas – füüsika valmistub uueks hüppeks

Jaak_Kikas_2009_03_06Mind suunas teaduse ja konkreetselt füüsika juurde jõudmisel küllap Tallinna Tehnikaülikoolis töötanud vanemate eeskuju, kuid samas ka nähtud füüsikademod, mida isa mind juba enne kooli vaatama viis, Harri Õiglase populaarsed aimeraamatud, teadust ja teadmisi tähtsustav õpikeskkond Tallinna Reaalkoolis, suhteliselt edukas osavõtt matemaatika ja füüsika aineolümpiaadidest. Et valik ülikoolis (Tartu Ülikooli füüsikaosakond) just tahkiste laserspektroskoopiale langes, oli suuresti minu juhendaja, Eesti teaduse ühe suurkuju akadeemik Karl Rebase teene.

Kui tahkisefüüsikast üldiselt rääkida, siis on see kindlasti füüsikauuringute kõige mahukam valdkond, kas või publikatsioonide arvu järgi otsustades. Teisalt on see andnud ja annab olulise tehnoloogilise väljundi – mõelgem näiteks info- ja kommunikatsioonitehnikale. See on ala, kus saab tulemuslikult arendada nii teoreetilisi kui eksperimentaaluuringuid, viimasel ajal järjest enam ka kompuutermodelleerimist. Viimase kümnendi teadussaavutusi vaadates ei olegi nii lihtne midagi olulist või murrangulist esile tuua. Pigem on toimunud varasematel kümnenditel tehtud avastuste edasiarendamine ja valmistumine loodetavateks uuteks „hüpeteks“. Ühe laiemalt tuntud näite võiks siiski tuua – grafeen. Üliõhuke süsinikmaterjal, grafiidi koostisosis, omandas äkki iseseisva eksistentsi ja sellest sai tänapäeva tahkise- ja materjalifüüsika üks „kuumemaid“ uurimisobjekte. Nobeli 2010. aasta füüsikapreemia grafeeni avastamise eest kahele välismaal töötavale Vene teadlasele (Andrei Geim ja Konstantin Novoselov Manchesteri Ülikoolis aastal 2004) oli üks kiiremini antud Nobeli preemiaid. Mis siis võlub grafeeni juures? Alati on ju vaimustav, kui võimalikuks osutub miski, mida on peetud võimatuks – nii oli see omal ajal ka kvaasikristallide ja kõrgtemperatuurse ülijuhtivusega. Grafeen on reaalsuses eksisteeriv kahemõõtmeline kristall. Kahemõõtmelisi kristalle (perioodilisi struktuure) ei saa aga teoreetiliselt eksisteerida. Kuidas siis grafeen sellest keelust mööda hiilib? Aga nii, et tõmbab ennast õrnalt lainesse – ja siis ta ei ole rangelt võttes enam kahemõõtmeline, on aga praktiliselt kõige õhem mõeldav materjal. Siia lisanduvad veel mitmed ekstremaalsed omadused nagu erakordne tugevus ja ülihead elektrilised omadused. Elektronseisundite omapära tõttu grafeenis elektronid justnagu kaotaksid oma massi ja käituvad nagu ultrarelativistlikud osakesed, st osakesed, millel seisumass puudub. Ka see on tahkiste jaoks pretsedenditu situatsioon. Jätan siinkohal rääkimata garfeeni paljud potentsiaalsed rakendused. „Grafeenivõidujooksu“ on lülitunud ka Eesti füüsikud – muidugi oma meetodite ja lähenemistega.

Kus on oodata uut läbimurret? Ennustamine on alati üsna tänamatu tegevus, aga ehk maksaks silma peal hoida märksõnal „metamaterjalid“ – need on suurest arvust sarnastest elementidest (sh nanoskoopilistest) koostatud tehislikud struktuurid, millel ilmnevad üllatavad ja paradoksaalsed omadused, nt negatiivne murdumisnäitaja. Nendest loodetakse abi mõnede seni muinasjutulistena tundunud ideede realiseerimisel, nagu nähtamatuks tegevad katted, valguse lainepikkusest väiksemaid asju vaadelda võimaldav optiline mikroskoop jt. Tõenäoliselt tuleb kõige suurem üllatus aga just sealt, kust keegi seda oodata ei oska. Enamasti on nii ju olnud.

Võimalused selles valdkonnas ja karjäär teaduses (lühikirjeldus)

  1. Mis võimalused on Teie eriala õppinud noorel Eestis ja välismaal?
    Et olla konkreetne, viitan oma juhendatud doktorantide käekäigule: kaks neist on siirdunud teadustööle välismaale, kaks töötavad TÜ Füüsika Instituudis (üks neist on naasnud pikemaajaliselt teadustöölt välismaal), viimane doktoritöö kaitsnutest viibib praegu järeldoktorina Saksamaal. Järeldus: Eestist saadav füüsikuharidus on piisavalt hea, et välismaa ülikoolides ja teaduslaborites tööd leida, kuid põnevat tegevust sel erialal jätkub ka kohapeal.
  2. Mis tööd selle eriala inimesed peamiselt teevad?
    Lisaks erialasele teadustööle (ja sellega kindlasti kaasnevale õppetööle ülikoolis) tegutsevad füüsikud erinevates katse- ja arenduslaborites (riiklikus ja erasektoris) ja paljudel muudelgi elualadel. Võrreldes mõne kitsama erialaga saavad füüsikud väga hea ettevalmistuse erinevates teadus- ja tehnoloogivaldades tegutsemiseks ning uudsete ja ootamatult esilekerkinud probleemide lahendamiseks, mille jaoks valmisretseptid puuduvad. Muidugi on väga tänuväärne (loodetavasti üha enam ka materiaalselt tasuv) kooliõpetaja elukutse valik – ilma heade õpetajateta ei ole järjepidevust.