Čeští vědci na stopě materiálů pro bezztrátový přenos signálu

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.

Související

Martin Pokorný

Limity Babinetova principu v plazmonice prozkoumali…

Martin Pokorný

Satelitní internet mění svět: Globální…

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. 

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.