Fyzikální ústav Univerzity Karlovy

Fysikální ústav při Filozofické fakultě c. k. české university Karlo-Ferdinandovy vznikl roku 1882 při rozdělení univerzity na českou a německou část univerzitním zákonem z 28. 2. 1882. Původně provizorně sídlil v malé jednopatrové budově v pražském Klementinu – lidově zvané „domeček“ – při vchodu do Zrcadlové kaple.[2]

Nevyhovující prostory vedly prof. Strouhala v roce 1890 k zahájení snah o zbudování nové důstojné budovy Fyzikálního ústavu. Výstavba nové budovy na Karlově proběhla však až v letech 1905–1907. Vědecká činnost pak byla v novém ústavu zahájena 13. ledna 1908 experimentální přednáškou prof. Strouhala [3][4][5] a pravidelná výuka experimentální fyziky byla zahájena 1. října 1908.[3] Původní „C. k. fysikální ústav“ byl po vyhlášení samostatnosti v roce 1918 přejmenován na Fysikální ústav Karlovy university (z této doby pochází zlatavý nápis nad vchodem do ústavu) (9). V roce 1923 měl ústav Oddělení I. pod vedení prof. V. Posejpala a Oddělení pro užitou fyziku II., vedené prof. A. Žáčkem a III. Oddělení pro vědeckou fotografii a fotochemii prof. V. Vojtěcha.[6] [7] 1. 7. 1935 se Spektroskopický ústav (vyčleněný z Fyzikálně chemického ústavu a původně sídlící v budově chemických ústavů na Albertově) prof. Dolejška, jenž je jmenován řádným profesorem experimentální fyziky, začleňuje do Fyzikálního ústavu UK jako jeho čtvrté oddělení (ale značením II.) [7] [8] Za první republiky se vědecká práce ústavu rozvíjela zejména v oborech optiky a spektroskopie, experimentálního studia elektromagnetických kmitů, piezoeletřiny a fotochemie.[6] [9] Po uzavření vysokých škol v roce 1939 přešly až do konce II. světové války laboratoře Fyzikálního ústavu, spolu s řadou vědců a studentů pod vedením prof. Dolejška, pod tzv. „Fyzikální výzkum škodových závodů“.[9]

Jako pracoviště se Fyzikální ústav UK dominantně podílel na výzkumu a výuce v experimentální a teoretické fyzice na Univerzitě Karlově až do roku 1950. Tehdy dle nového vysokoškolského zákona z roku 1949 pozbyl statusu samostatného ústavu a byl začleněn do Katedry fyziky. Díky osamostatnění Matematicko-fyzikální fakulty od Přírodovědecké fakulty v roce 1953, došlo v roce 1956 k obnovení Fyzikálního ústavu pod vedením prof. Zachovala jako samostatného pracoviště zaměřeného především na vědecký výzkum (v oblastech elektroniky, optiky, dielektriky a mechaniky iontových krystalů, ultraakustiky atp.) a koordinaci vědecké práce na MFF UK (na ústavu též působila skupina pro výuku fyziky a matematiky na základních a středních školách).

1. 1. 1968 došlo k reorganizaci FÚ UK pod vedením prof. Tauce (z Ústavu fyziky pevných látek ČSAV), k užšímu zaměření základního výzkumu a opuštění koordinační funkce. Z Katedry fyziky pevných látek přešla do FÚ UK část oddělení polovodičů, celé oddělení biofyziky, skupina optických vlastností a technologická laboratoř. Nově bylo zřízeno kryogenní oddělení zajišťující provoz zkapalňovačů pro potřeby MFF UK. Ústav též převzal péči o výuku ve specializaci biofyzika. V 70. létech sestával ústav z oddělení biofyziky, oddělní optických vlastností pevných látek, oddělení technologie materiálů, oddělení optoelektroniky a integrované optiky, oddělení teoretického, a oddělení pro kybernetizaci fyzikálních experimentů.[10] Řada z původních oddělení setrvala v mírně pozměněné podobě dodnes.

Budova Fyzikálního ústavu je postavena v neoklasicistním stylu s členitými fasádami a neobarokními prvky ze strany průčelí. Fasádu zdobí pás jmen slavných fyziků pod úrovní oken druhého patra – na východní straně (zprava): A. Volta, Ampére, P. Diviš, H. Hertz, Galilei, Doppler, na jižní straně: Fresnel, Huygens, Newton, Marcus, Archimedes, Orsted, a na západní: Faraday, Wroblewski, Regnault, Helmholtz, Seydler, P. Curie. Na severní straně jména chybí.[4]

Původně měla na Karlově stát jediná budova matematicko-fyzikálních ústavů, ale pro nevhodnost terénu (násyp stráně) byla myšlenka při kopání zkušebních základů na jižní straně opuštěna a 10. března 1900 bylo rozhodnuto rozdělit jednolitou budovu na dvě menší.[5] Technické plány vypracoval inženýr Jan Gerstl na podkladě náčrtů prof. Strouhala.[3] Avšak roku 1904 bylo v rámci posouzení vlivu stavby na okolí v c. k. mocnářství z hygienicko-epidemiologických důvodů (protější budova zemské porodnice, dětské nemocnice a nalezince) nařízeno ustoupit s budovou o 10 metrů dolů po svahu. Z technických důvodů nestability navážek na svahu však budova couvla z uliční čáry jen o 2,5 metru, ale i tak došlo k prodražení stavby. Budova Fyzikálního ústavu proto podivně ustupuje z uliční linie ulice Ke Karlovu, ale za to má dnes vkusné předzahrádky.[4][5] Po udělení stavebního povolení bylo ihned započato se stavbou v roce 1905 a budovu se podařilo pod vedením inženýra F. Zvěřiny a stavebních radů ing. Gerstla, Labera a Vomáčky dokončit již roku 1907.[3] Náklady na stavbu činily 565 890 rakouských korun (+ stavební režie 27 300 korun), vnitřní zařízení bylo pořízeno za 121 616 korun a vědecké zařízení pak 150 000 korun. Celkové náklady tedy činily 864 806 rakouských korun.[5][11]

Ve spolupráci s asistenty, Bohumilem Kučerou a Františkem Záviškou, vybavil prof. Strouhal ústav moderními přístroji pro výzkum i výuku.[3] Velká posluchárna (nynější F1) byla na svou dobu nejen moderně vybavena pro pokusy fyzikální, ale byla též opatřena na svou dobu moderní klimatizací, která nasávala vzduch z přilehlé zahrady, vzduch se filtroval, ale i zvlhčoval pro pohodlí posluchačstva.[12] Pod velkou posluchárnou byly nabíjecí agregáty poskytující 3000 V stejnosměrného napětí a později zde byl umístěn i zkapalňovač vzduchu. Do všech laboratoří ústavu byl rozveden střídavý proud 120 V a stejnosměrný 10–120 V. Na svou dobu byl ústav nejmodernější vědeckou institucí UK a snesl plně srovnání ve světovém měřítku.[1]

V budově dnes kromě Fyzikálního ústavu, který obývá 2. patro a část suterénu, sídlí v 1. patře Katedra fyziky materiálů, v přízemí Katedra fyziky kondenzovaných látek a v části suterénu též Katedra chemické fyziky.

V budově se v mezaninu 2. patra nachází velká fyzikální Posluchárna prof. Strouhala F1 pro ca. 150 posluchačů a v 1. patře menší fyzikální Posluchárna prof. Dolejška F2 pro ca. 50 posluchačů. Dále jsou v budově tři menší katedrální seminární místnosti pro ca. 25 posluchačů.

Stavbu ústavu připomíná deska, umístěná v mezaninu 2. poschodí nad vchodem do Posluchárny prof. Strouhala, která nese nápis: „Zbudováno v letech 1905–1907 zásluhou ředitele fysikálního ústavu Karlovy university prof. Dr. Čeňka Strouhala (*10. IV. 1850 †23. I. 1922) za součinnosti prof. Dr. Bohumila Kučery (*22. III. 1874 †16. IV. 1921)“.[4] V mezaninu prvního patra byla 7. května 1947 odhalena pamětní deska prof. Václavu Dolejškovi (doplněná o fotografii jmenovaného), který byl 7. října 1944 zatčen za odbojovou činnost a následně zahynul v Malé pevnosti v Terezíně 3. ledna 1945.[13]

• Oddělení biofyziky – se zabývá výzkumem molekulárních interakcí, buněčných struktur, membránových transportérů a dějů svázaných s buněčnou membránou i komplexních biologických procesů na úrovni od modelových systémů po živé buňky. Kromě standardních biochemických a mikrobiologických metod náš výzkum zahrnuje především aplikace emisní spektroskopie (stacionární a časově rozlišenou fluorescenci, fluorescenční anisotropii) a fluorescenční mikroskopii (konfokální mikroskopie, FLIM, apod.).
• Oddělení fyziky biomolekul – provádí výzkum v molekulární biofyzice s přesahem do biologických a medicínských aplikací se zaměřením na fyzikálně-chemické vlastnosti, struktur a interakce biomolekul. Hlavní výzkumné metody zahrnují Ramanovu, infračervenou, UV-VIS absorpční spektroskopii/mikroskopii, Ramanovu optickou aktivitu, vibrační a elektronový cirkulární dichroismus. Experimentální studie jsou podpořeny kvantově-chemickými výpočty a molekulárně-dynamickými počítačovými simulacemi.
• Oddělení optoelektroniky a magnetooptiky – se zaměřuje na výzkum elektrických, optických a detekčních vlastností širokopásových polovodičů, metalorganických a anorganických perovskitů a přípravu nechlazených spektrálně citlivých detektorů rentgenového a gama záření. Pozornost věnuje rovněž grafenu a objemovému grafitu. Studujeme také nové magnetické nanostruktury pro aplikace ve fotonických čipech, trojrozměrném zobrazování či přenosu a záznamu informace. Disponuje experimentálním zázemím pro výzkum základních vlastností polovodičů, aparaturami na měření transportu náboje (Time-of-Flight), fotoluminiscence, optické absorpce, fotovodivosti a Pockelsova jevu. Využíváme unikátní přístrojové vybavení pro optickou a magnetooptickou charakterizaci magnetických materiálů a jejich nanostruktur s vysokým spektrálním, prostorovým a časovým rozlišením v širokém teplotním rozsahu od 2,5 K do 800 K. Disponujeme vysoce modulárním systémem magnetronového naprašování v ultravysokém vakuu.
• Oddělení teoretické – v zaměření hraje podstatnou roli kvantová koherence ve třech skupinách problémů. Jednak odezvou poměrně malých molekul na sérii koherentních světelných pulsů. V těchto systémech lze pozorovat defázování a zpětné složení fází, tak zvané kvantové echo, a přes něj nahlédnout na interakci elektronů s vibracemi. Koherentní procesy se projevují i u velkých molekul, například u chlorofylu, kde tvoří základ kvantové biologie, což je druhý okruh problémů. Konečně, makroskopická kvantová koherence leží v podstatě všech neobvyklých projevů supravodivosti, která je třetím studovaným systémem.
• Oddělení optických technologií – se podílí na výrobě speciálních optických prvků, kyvet, čoček, zrcadel, atp. pro vědecké aparatury.
• Mechanická dílna – se věnuje výrobě mechanických dílů a částí vědeckých aparatur.

Ústav zajišťuje výuku v magisterských oborech Biofyzika a chemická fyzika (je garantem oboru), Optika a optoelektronika, a doktorandské studium v oborech Biofyzika, chemická a makromolekulární fyzika (je garantem oboru), Kvantová optika a optoelektronika, a Matematické a počítačové modelování. Pracovníci ústavu se podílejí i na výuce pro jiné specializace na MFF a PřF UK a to i v bakalářském stupni studia.

Vstupní dvoranu ústavu podnes zdobí nádherné dveře vyzdobené řezbou s motivy jablíček poznání, historická vrátnice i studentská nástěnka, které pamatují založení budovy. Původně však nádherný vstup krášlila i mozaiková dlažba (jinak podnes zachovaná v celé budově) doplněná na popud prof. Strouhala o motiv čtyřlístku, přes který musel návštěvník přejít. Prof. Strouhal si prý byl vědom toho, že bádání vyžaduje i nezanedbatelný podíl štěstí… [1]

První polarograf prof. Heyrovského byl vyroben v mechanických dílnách Fyzikálního ústavu sídlících dodnes na stejném místě v budově Ke Karlovu 5.[6]

• Prof. Dr. Čeněk Strouhal (1905–1919) [7]
• Prof. Dr. Bohumil Kučera (1920)
• Prof. V. Posejpal (1921–1935)
• Prof. Dr. Augustin Žáček (1936–1939, 1946–1947)
• Dr. Jindřich Bačkovský (1948–1949)
• Prof. L. Zachoval (1956–1967)
• Prof. Jan Tauc (1968–1970)
• Prof. RNDr. Václav Prosser, CSc. (1970–1989)
• Prof. RNDr. Pavel Höschl, DrSc. (1990–2003)
• Prof. RNDr. Vladimír Baumruk, DrSc. (2004–2011)
• Prof. Ing. Jan Franc, DrSc. (2012–2019)
• Prof. RNDr. Petr Heřman, CSc. (2019–)

• Prof. RNDr. František Běhounek, DrSc. (1898-1973) – fyzik, polárník, spisovatel, ředitel Státního radiologického ústavu[7]
• Prof. Jaromír Brož (1908-1990) – experimentální fyzik, fyzik pevných látek
• Prof. Václav Dolejšek (1895-1945) – experimentální fyzik
• Prof. Bohumil Kučera (1874-1921) – experimentální fyzik
• Prof. Václav Petržílka – experimentální fyzik
• Prof. Čeněk Strouhal (1850-1922) – experimentální fyzik, rektor Univerzity Karlovy
• Prof. Ing. Dr. Jan Tauc, DrSc. (1922-2010) – fyzik pevných látek
• Prof. Viktor Trkal (1888-1956) – teoretický fyzik, generální tajemník České akademie věd a umění
• Prof. Augustin Žáček – experimentální fyzik