English version
Jenže materiály používané v současných paměťových zařízeních dosáhly svých mezí a další zmenšování a zrychlování už prakticky není možné. K trudnomyslnosti ale není důvod.
Výzkumníci z Ústavu fyzikální chemie Jaroslava Heyrovského AV ČR objevili zajímavé vlastnosti jodidu chromitého – materiálu, který otevírá cestu k dosud nemožnému.
„V této místnosti máme špinavou a čistou část, které jsou od sebe oddělené. My jsme teď v té špinavé části a musíme si obléct plášť a další ochranné pomůcky a pak teprve bude možné vstoupit do laboratoře,“ ukazuje mi Miroslava Macháčková.
V útrobách Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR jsem s ní vešel do poměrně malé komůrky. Už tak těsný prostor ještě více zužuje přepážka na zemi. Dostávám hebký plášť, který nepropouští prach, síťku na vlasy, gumové rukavice a na boty si mám navléct návleky.
V tuto chvíli předvádím svou nešikovnost. Věřili byste, že navléct si návleky na boty není jen tak? Nic ze špinavé části komory nesmíme přenést do části čisté. Teprve až na několikátý pokus jsem pochopil, že nejdříve musím nohu zvednout do vzduchu, nasadit na nohu návlek, nohu přehodit přes přepážku a teprve v čisté části ji můžu položit na zem. A s druhou nohou zrovna tak. Trochu tělocvik…
„Laboratoř, kam se chystáme vstoupit, je potřeba chránit před prachem. Zkoumáme v ní nanomateriály, které jsou mnohem a mnohem menší než částice prachu. Proto by nám komplikovaly výzkum,“ zdůvodňuje složitou proceduru Macháčková.
Konečně jsme náležitě oblečení a můžeme otevřít dveře laboratoře. Vidím několik speciálních přístrojů, odvětrávaných boxů s pracovními stolky. Jeden z nich mě obzvláště zaujme. Je hermeticky uzavřený a vystupují z něho dvě velké gumové rukavice.
Stojí u něj docent Martin Kalbáč: „Tato aparatura slouží k tomu, abychom mohli definovaně vytvářet vrstvy z 2D materiálu. Celé to je schované v boxu, který je naplněn argonem, což je inertní plyn, který zabraňuje kontaminaci připravovaných vzorků. Ty velké rukávy jsou tu proto, aby se s tím systémem dalo pracovat, aniž bychom box otevřeli.“
Právě v tomto zařízení vědci zkoumají jodid chromitý. Jedná se o citlivý materiál, který se vzduchem za běžných podmínek rychle reaguje. Ostatně jedním z výzkumů je i to, jak materiál upravit, aby vydržel i mimo box. Vědci například povrch jodidu pokryjí jiným nereaktivním materiálem. Výška, šířka, délka. To jsou tři zásadní rozměry, které má každý předmět. Dva rozměry mají jen nakreslené obrazce. Tedy alespoň tak si to laik představuje. Jodid chromitý ale patří mezi tzv. dvourozměrné materiály.
„Spousta materiálů, které najdeme v přírodě, mají vrstevnatou strukturu. V každé vrstvě jsou atomy vázány silnými vazbami, přičemž mezi vrstvami navzájem jsou interakce slabší. Ukázalo se, že tyto vrstvy lze získat samostatně. Proto jim říkáme 2D materiály. Rozměryplochy jsou makroskopické, ale jejich tloušťka je v atomárních velikostech,“ vysvětluje Kalbáč s tím, že výzkum 2D materiálů, které vykazují nečekané fyzikální a chemické vlastnosti, je perspektivní směr výzkumu posledních několika málo let.
Například grafen, první dvourozměrný materiál, který má tloušťku jedné vrstvy atomů, byl objeven teprve před 15 lety.
Hlavní zásluhu na aktuálním objevu má Haider Golam. V laboratoři zrovna cosi sleduje na obrazovkách počítačů: „2D materiály nedokážeme vidět pouhým okem, proto k manipulaci s nimi potřebujeme mikroskop s robotickými rameny. Výsledky vidíme na tady počítači. Jodid chromitý je dvourozměrný materiál, který je tvořen chromem a jodem a má velice zajímavé vlastnosti elektronů – právě na ně jsme se v našem výzkumu zaměřili,“ vysvětluje.
Haider Golam pokračuje: „Každý elektron se otáčí kolem své osy. Sledovali jsme, za jakých podmínek se otáčí po směru hodinových ručiček, kdy proti směru, jak spolu různě rotující elektrony interagují, používali jsme k tomu nízké teploty a vysoký tlak – to všechno má vliv na magnetické vlastnosti materiálu, což jde využít například při ukládání dat v paměťových zařízeních.“
Vědci zjistili, že při určitém tlaku a teplotě se krystal choval velmi neobvykle. Zatímco při tlaku do 22 gigapascalů se tento 2D materiál choval jako feromagnet, při tlaku nad 30 gigapascalů jako antiferomagnet. Ovšem v rozmezí tlaku od 22 do 30 gigapascalů a při nízké teplotě začal vykazovat exotické vlastnosti spojované s tzv. spinovým sklem.
Běžné feromagnetické materiály, např. v magnetických záznamových médiích, mají magnetické momenty (spiny elektronů) orientované do jednoho směru; u antiferomagnetů se však jejich orientace střídá. Ovšem u materiálů označovaných jako spinové sklo nejsou spiny uspořádány pravidelně, ale zcela náhodně.
Využití v současné elektronice i v kvantových počítačích
Haider Golam věří, že výsledky jeho výzkumu umožní další rozvoj počítačů, mobilních telefonů a další elektroniky: „V běžných počítačích máme magnetický paměťový čip. K zachování jednoho bitu informace na něm potřebujeme několik tisíc atomů. Nám k tomu postačí jeden atom. Díky tomu se elektronická zařízení můžou zmenšit a zrychlit a zároveň se tím výrazně přibližujeme ke kvantovým počítačům.“
K nasazení do praxe ale povede ještě dlouhá cesta. „Potřebujeme ten materiál získat tak, aby své vlastnosti zachoval i v normálních podmínkách. My jsme jeho vlastnosti demonstrovali v poněkud extrémních podmínkách. Nicméně naše práce je důležitá v tom, že jsme ukázali, že to možné je,“ uzavírá docent Kalbáč. Pokud vše půjde hladce, první zařízení využívající nově objevené vlastnosti jodidu chromitého bychom si mohli koupit asi za deset let.
Převzato z časopisu Komora. Autor článku: Daniel Mrázek
