Kolektivní chování elektronů otevírá cestu k supravodivosti, grafen dokáže vylepšit i obyčejnou měď.
Pokračování včerejšího článku: IT a výzkum v roce 2020: Kvantové technologie na každém kroku
Velké množství novinek na poli IT science se tento rok odehrálo v oblasti vývoje nových materiálů. Často jde o optimalizace, které zefektivňují přípravu/výrobu tak, aby mohla probíhat v průmyslovém měřítku; např. 2D tranzistory nyní výzkumníky napadlo vyrábět na povrchu kapalných kovů (gallia, které taje už prakticky za pokojové teploty). Objevují se také technologie umožňující výrobu 2D materiálů ve větších plochách a přesné ladění, využívající mj. hrotů mikroskopů.
Grafen dokáže vylepšit i tak běžnou všudypřítomnou věc, jako je měděný drát; jak se ukázalo, speciálně navržený kompozit je podstatně lépe vodivý než samotný kov. Zajímavé vlastnosti využitelné v elektronice, optoelektronice apod. nacházíme i u tzv. slitin s vysokou entropií – teprve relativně krátce známých směsí více prvků v podobných poměrech (tradiční slitiny obsahují obvykle jen dvě složky, nebo jednu až dvě přísady k dominující složce). V tenkých vrstvách, různě na sobě poskládaných a natočených, dokážeme vlastnosti materiálů ladit na míru způsobem, který byl před pár lety ještě nemyslitelný – tak např. i diamant lze připravit v podobě vodiče nebo jako polovodič a přitom zachovat jiné parametry této varianty uhlíku.
Vedle takto aplikovaných výzkumů probíhá ovšem i výzkum základní. Ve vrstvách grafenu a dalších 2D materiálů postupně objevujeme celou řadu dosud neznámých kzazičástic. Ve struktuře z grafenu a nitridu boru např. výzkumníci detekovali tzv. Brown-Zakovy fermiony, de facto elektrony, na které ovšem za určitých podmínek nepůsobí magnetické pole. Tzv. Diracovy fermiony v grafenu se pak zase charakterizují dokonce jako „něco mezi“ fotony a elektrony (což si lze představit třeba jako elektrony s nulovou efektivní hmotností, čemuž pak odpovídá rychlost jejich pohybu).
Kvazičástice odpovídající kolektivnímu chování elektronů (a dokonce i děr) mají rovněž celkem bezprostřední vztah k supravodivosti. V roce 2020 hned několik výzkumů dokázalo realizovat supravodivost prakticky při pokojové teplotě, byl ovšem pro změnu vždy potřeba obří tlak. Ačkoliv titulky v médiích byly působivé, k očekávanému průlomu zde ještě nedošlo.
Obecně výzkum 2D materiálů a materiálů s dalšími speciálními vlastnostmi (metamateriály, topologické materiály – např. jinak vedou proud po okraji a jinak uvnitř) zatím směřuje k tomu, že základními prvky v budoucí, na spinu založené elektronice, by se mohly stát magnony a skyrmiony. Magnony jsou kvazičástice, jakési vlny, které při průchodu materiálem překlápějí spiny. Očekáváme, že budou fungovat jako základní způsob přenosu informace namísto elektronů, přičemž za hlavní výhodu tohoto uspořádání se považuje menší energetická náročnost (informace se přenáší jen jako kolektivní excitace, nikoliv částice jako taková). Letos se z magnonů podařilo realizovat i základní logické prvky (poloviční sčítačku), tedy funkčnost normálně zajišťovanou klasickými tranzistory.
Skyrmiony jsou pro změnu lokální víry magnetického pole, které překlápí spiny na jednom místě. Dají se rovněž použít k záznamu dat, kdy informaci nese samotná (ne)existence víru, eventuálně i směr, jímž se točí. V souvislosti se spinovými technologiemi se jako velmi nadějné ukazují také antiferomagnetické materiály; špičkou v jejich výzkumu je přitom Fyzikální ústav AV ČR.
