6. 1. 2020

Čeští vědci hledají materiály pro bezztrátový přenos signálu

Nové možnosti bezztrátového přenosu elektrického signálu, které se dají využít například v procesorech kvantových počítačů, testovala na nových sloučeninách mezinárodní skupina vědců včetně odborníků z Masarykovy univerzity (MU), Západočeské univerzity v Plzni (ZČU) a institutu CEITEC Vysokého učení technického (VUT). Experimentální práci, která se zabývala charakterizací vlastností takzvaných topologických izolátorů, tedy materiálů, které vedou elektrický proud pouze na povrchu a jinak se chovají jako izolanty, zveřejnil vědecký časopis Nature. Výsledky by mohly v budoucnu pomoci se sestrojením kvantového počítače, o kterém se zatím uvažuje jen teoreticky.

Odborníci z Německa, Rakouska a České republiky ověřovali vlastnosti telluridu bismutu s příměsí manganu. Právě mangan změnil díky svému magnetismu strukturu látky, která je tak odolná vůči vnějším vlivům a její činnost se dá regulovat. Chová se tak jako takzvaný supravodič. „Tyto materiály jsou charakteristické svou strukturou, která se dá přirovnat k lístkovému těstu. Jsou uspořádané ve vrstvách o síle pěti nebo sedmi atomů, tedy asi jednoho nanometru. Vrstvy o sedmi atomech se tvoří právě díky přidání manganu, který se do struktury zabudovává přednostně ve středu vrstev o sedmi atomech. Právě to zlepšuje požadované vlastnosti materiálu,“ uvedl Ondřej Caha z Přírodovědecké fakulty MU a Centra pokročilých nano a mikrotechnologií CEITEC MU, který pracoval mimo jiné na charakterizaci nového materiálu.

Mezinárodnímu týmu vědců se poprvé podařilo detekovat a měřit takzvanou energetickou mezeru vytvořenou přidáním manganu, a to pomocí spinově rozlišené fotoelektronové spektroskopie na synchrotronu BESSY II. „Specifikem výzkumu bylo úzké propojení experimentálních a teoretických metod. Za pomoci kvantověmechanických výpočtů se nám podařilo popsat magnetické vlastnosti tohoto systému. Do budoucna tyto výpočty umožní předpovídat další nové materiály,“ vysvětluje Jan Minár z vysokoškolského ústavu Nové technologie – výzkumné centrum ZČU, který se svým kolegou Saleemem Khanem vytvořil teoretickou část práce. Pro ZČU jde o vůbec první publikaci v prestižním časopise Nature.

Samotná měření probíhala v několika institutech, mimo jiné ve Výzkumné infrastruktuře CEITEC Nano na VUT. Zde oborníci využili jeden z nejvýkonnějších mikroskopů na světě, a to transmisní elektronový mikroskop TITAN, díky kterému lze přímo sledovat atomární strukturu materiálu. „Struktura je podstatou jedinečných vlastností každého materiálu a díky těmto pozorováním bylo možné zjistit pozoruhodnou roli přidaného manganu na uspořádání atomů telluridu bismutu, a lépe tak pochopit princip fungování nové sloučeniny,“ doplnil Jan Michalička z VUT. Pro charakterizaci studovaného materiálu odborníci využili i další přístroje CEITEC Nano, která je speciální tím, že její unikátní přístroje mohou využívat čeští i zahraniční vědci nezávisle na tom, ve které instituci působí.

Rozsáhlé experimenty zahrnující přípravu materiálů, testování jejich vlastností a jejich popis začaly už v roce 2012 a trvaly zhruba pět let. Jde tak o důkladné ověření jejich funkčnosti, především pak takzvaných povrchových stavů materiálu, což jsou elektronové stavy v okrajových atomech pevné látky, které se jinak v materiálu nevyskytují. „V tomto případě jde právě o možnost vedení proudu bez odporu. Zatím se nám ale podařilo prokázat splnění nutných podmínek jen za extrémně nízkých teplot, tedy při deseti stupních Kelvina, což je asi -260 stupňů Celsia,“ podotkl Caha. Vědci budou ve výzkumu materiálů dál pokračovat, testují i nové kombinace látek tak, aby získali požadované vlastnosti za příznivějších teplot.


Kontakty

Přírodovědecká fakulta MU
Mgr. Ondřej Caha, Ph.D.
549 49 3388, 776 122 098
caha@physics.muni.cz

Nové technologie – výzkumné centrum ZČU
doc. Dr. Jan Minár
377 634 771, 735 713 958
jminar@ntc.zcu.cz

CEITEC - Středoevropský technologický institut Vysoké učení technické v Brně
Ing. Jan Michalička
605 552 123
jan.michalicka@ceitec.vutbr.cz

 

Stáhnout fotky .zip 29 664 kB

Kontakty

Text této tiskové zprávy, k němuž vykonává majetková autorská práva Masarykova univerzita, je dostupný pod licenčními podmínkami Creative Commons Uvádějte autora 3.0 Česko. Užití textu na základě zákona tím není nijak omezeno, zúženo či limitováno.

Další tiskové zprávy

Přehled všech tiskových zpráv