Sdílet
5. ledna 2021
Vyvíjet a studovat nové materiály, které by mohly být použity v nové generaci zařízení. To je jeden z úkolů, kterým se na CEITEC VUT zabývá výzkumná skupina Epitaxní materiály a nanostruktury pod vedením Hermanna Detze. Ten je expertem v dané oblasti a podílel se na řadě projektů, které představily zcela nové materiály a jejich vlastnosti. Výsledky jednoho z takových výzkumů byly nedávno publikovány také v prestižním vědeckém magazínu Science.
Vedoucí skupiny Epitaxní materiály a nanostruktury Hermann Detz upozorňuje na fakt, že vývoji moderních zařízení musí předcházet vývoj nových moderních materiálů. To je jeden z hlavních důvodů, proč se jeho výzkumná skupina soustředí právě na vývoj a výzkum materiálů. „Musíme rozumět tomu, co s nimi můžeme dělat. Co je možné a v čem jsou jejich limitace. Jak se chovají. Nejprve musíme zodpovědět tyto typy otázek, než je začneme spojovat s praktickými aplikacemi,“ vysvětluje Detz.
Jeden z příkladů je nedávný projekt, jehož výsledky byly publikovány v článku s názvem Singular charge fluctuations at a magnetic quantum critical point. Interdisciplinární tým odborníků z TU Wien a Rice University v americkém Hustonu se spojil pod vedením profesorky Silke Bühler-Paschen, aby studoval materiál, který by mohl odhalit tajemství nekonvenční supravodivosti. „Tento materiál existoval do té doby pouze ve formě velmi malých krystalků. Na to, abychom mohli provést klíčový experiment, tedy terahertzovou přenosovou spektroskopii, jsme potřebovali velké velmi tenké filmy. Na počátku jsme ale netušili, zda je vůbec možné vytvořit materiál na waferu v nějakém větším měřítku. Nakonec jsme ale uspěli a naše měření přinesla velmi zajímavá nová zjištění. Nicméně je nutné zdůraznit, že jsme stále na začátku. Další vývoj a výzkum tohoto materiálu proto pokračuje,“ říká Detz, který byl jedním z členů výzkumné skupiny a spoluautor vědecké publikace v Science magazine.
Kromě polovodičů se Detzova skupina zajímá také o kovy s přizpůsobitelnými vlastnostmi. „Nakonec by mohly být využitelné při snaze lépe pochopit supravodiče. Přesněji řečeno pro vysokoteplotní supravodiče používané v energetických sítích. Supravodivé kabely jsou totiž efektivnější a nemají žádné ztráty,“ přibližuje Hermann Detz jednu z možných budoucích aplikací.
V závislosti na každé projektu výzkumná skupina buď studuje vlastnosti nových materiálů a snaží se je spojit s možnými budoucími aplikacemi, nebo vyvíjí nové materiály pro potřeby konkrétní aplikace. „Musíme hrát s přírodou, ne proti ní. Nemůžeme brát každý atom a přesouvat ho na správné místo. Proto se snažíme především vytvořit ty správné podmínky k tomu, aby materiál mohl vzniknout sám,“ vysvětluje Detz.
Věří, že stále existuje množství materiálů, které zatím nebyly vytvořeny. „Samozřejmě, že počítače už pravděpodobně předpověděly všechny možné kombinace elementů. Ale nevíme, zda tyto kombinace budou fungovat i v reálném světě,“ říká Detz a dodává, že také velmi záleží na geometrii. „Můžeme se zaměřit na nové struktury již existujících materiálů, což nám zase přinese nové výsledky,“ upozorňuje.
V již zmíněném projektu se výzkumníci zaměřili na ytterbium rhodium silicid. „Není to zcela nový materiál, ale pro naše potřeby jsme ho museli upravit. Potřebovali jsme, aby odpovídala vzdálenost mezi atomy v substrátu a materiálu. Proto jsme hledali ideální materiál, který můžeme použít jako základ pro vývoj ytterbia rhodia silicidu. Zjistili jsme, že abychom dosáhli požadovaných výsledků, nejlepší je využít jako substrát germanium. Ale museli jsme pracovat i s jeho strukturou a rotovat ho o pětačtyřicet stupňů, abychom dostali ty správné výsledky,“ popisuje Detz.
Schopnost dosáhnout opakovaně stejných vlastností materiálu při jeho výrobě značně snižuje náklady na další vývoj. „Dříve ytterbium rhodium silicid existoval pouze ve formě malých krystalů, které byly velmi drahé. Výzkumníci provedli jediný experiment, na který materiál spotřebovali, a pak už jim nezbývalo než doufat, že získají dobré výsledky. Díky tomu, co se nám podařilo, teď ale mohou mít vzorky materiálu ostatní vědci i studenti. Můžou ho dál zkoumat a objevit případně nové vlastnosti či možné aplikace,“ říká Hermann Detz.
On a jeho skupina už mají mnoho dalších nápadů v oblasti materiálových věd. Nyní netrpělivě čekají, až se věci zase vrátí do normálu. „Píšeme nové návrhy, modelujeme, počítáme a připravujeme se na nový rok, kdy se snad budeme moct vrátit do laboratoří a pokračovat v naší práci na nových materiálech i zařízeních,“ uzavírá Detz.
Autor: Zuzana Hübnerová