Sdílet
9. listopadu 2023
Nízkoztrátová magnonika kontrolovaná proudem a fluxony. To je název projektu, který získal finanční podporu Grantové agentury ČR. Řešitelem je vedoucí výzkumné infrastruktury CEITEC Nano Michal Urbánek spolu se zahraničními kolegy z Polska a Rakouska. Během tří let by chtěli postavit stavební základy nového směru fyziky, který by spočíval v propojení magnetických materiálů se supravodiči (vzniknou tzv. hybridy Feromagnet/Supravodič) a zkoumal jejich vzájemné ovlivňování. Konkrétněji řečeno se tři skupiny vědců chtějí zaměřit na spinové (magnetické) vlny v takto uměle vytvořených systémech, zvláště pak na jejich manipulaci a řízení, potenciál k excitaci a detekci včetně teoretického popsání zjištěných poznatků. Vše pomocí supravodivých jevů, které jsou mimo dosah tradičních magnetických přístupů.
Mezinárodní projekt
S nápadem na kombinaci magnoniky a supravodivých materiálů přišel Oleksandr Dobrovolskiy, vídeňský odborník primárně na supravodivost. „Pracovali jsme spolu už před projektem. Oleksandr zmínil, že bychom mohli studovat, jak tyto dva světy fungují a jak se navzájem ovlivňují. Základní testování tohoto hybridního spojení už dělané bylo, ale jen ve velmi nepatrném měřítku,“ objasňuje Michal Urbánek. Ke znalostem rakouských kolegů přispívá Urbánkův tým expertizou v oblasti spinových vln a magnoniky včetně experimentálních způsobů měření. Dva týmy experimentátorů doplňují teoretici z Poznaně, kteří se zabývají převážně magnonikou.
Motivací je příprava „zázemí“ pro dosud nerealizované kvantové počítání v oblasti magnoniky. Magnonika – studium spinových vln – se ukázala jako jedna z nejrychleji se rozvíjejících výzkumných oblastí moderního magnetismu. Tradičně se jedná se o výzkumnou disciplínu, při které se pracuje za pokojové teploty. Velký zájem o hybridní systémy pro kvantové a vlnové výpočty však vyžaduje použití magnetických vodičů při nízkých teplotách a v prostředí supravodivých obvodů. „Všechny experimenty musí probíhat za nízkých teplot. Musí se dosáhnout kritické teploty, aby v supravodivém materiálu tekl proud bez odporu, a tedy bez energetické ztráty. V případě kvantového počítání potřebujeme teplotu snížit tak, abychom dokázali rozlišit chtěnou excitaci od termálního šumu. Chtěná excitace poté může být kvantum magnetické vlny,“ vysvětluje.
Žádost o grant jim vyšla až napodruhé. Mezitím však stihli publikovat první výsledky těchto idejí. „Vyšel nám článek v časopise Physical Review Applied, kde jsme ukázali možnost měření vlastností magnetických materiálů způsobem, který nevyžaduje přímý výhled na vzorek, postačí elektrický kontakt. Což je důležité, protože experimenty probíhají za velmi nízkých teplot v kryostatu a tam se velmi obtížně provádějí měření, která typicky děláme. Na tuhle naši první společnou vlaštovku teď budeme navazovat,“ přibližuje Urbánek.
Brněnská část projektu
Tým v Brně pod vedením Michala Urbánka bude připravovat vzorky z magnetických a supravodivých materiálů a testovat, jestli fungují a jak interagují. Používat chce běžné supravodivé materiály – slitiny wolframu a křemíku, molybdenu a křemíku, niob nebo nioby, které zkombinuje s magnetickými materiály, jako je železo, nikl, kobalt. Příprava probíhá formou tzv. magnetronového naprašování. „Naprašovaný materiál je ve formě destičky o průměru 5 cm a výšce 4 mm. Do ní střílíme neutrálními ionty argonu. Nárazem iontů se materiál destičky začne rozprašovat. Naproti tomu dáme substrát, který rozprášený materiál zachytí. Výsledkem je tenká vrstva materiálu. Takhle připravíme několik vzorků z různých materiálů. Samozřejmě tam musíme přidat ještě nějaké nano- a mikrostruktury, pomocí kterých budeme šířit informace,“ dodává. Výsledné hybridy odvezou nebo pošlou do Vídně, kde je jejich kolegové budou měřit při nízkých teplotách. Většina experimentů tedy bude prováděna v Rakousku.
Hybridy feromagnet/supravodič
V magnetickém materiálu se šíří spinová vlna, která ovlivňuje i okolní prostředí – produkuje magnetické pole. Supravodič má nicméně takové vlastnosti, že do sebe magnetické pole nepropustí. „To je právě na té kombinaci zajímavé. Dostaneme perfektní stínění magnetického pole. Supravodič má velký potenciál ovlivnit chování spinových vln v přilehlém materiálu. A tyto jevy chceme zkoumat,“ uzavírá Urbánek.
Jak už bylo zmíněno výše, výzkum má připravit „zázemí“ pro kvantové výpočty v magnonice. Principy takového kvantového počítání by se pak daly využít pro počítače ve výpočetních centrech, u kterých by nevadilo, že by se musely chladit na teploty blízké absolutní nule, protože by byly natolik výkonné, že by svou energetickou úsporností nevýhodu energeticky náročného zchlazování mnohonásobně převážily.
Fotogalerie
Autor/ka
Odborný kontakt
