Trik, na který vědci přišli – a který může změnit budoucnost elektroniky

Musím vám něco říct. Vědce už dlouhá desetiletí trápí problém, který teprve teď začínají elegantně řešit. A jejich řešení? Vážně chytré.

Všimli jste si, jak se váš telefon při nabíjení zahřívá? Nebo jak se rozběhne ventilátor v notebooku, když máte otevřených příliš mnoho záložek? To je energie, která mizí jako teplo. Upřímně – je to docela škoda. Všechna ta elektřina prostě... puff... zmizí v podobě tepla místo toho, aby odvedla skutečnou práci.

Sen o dokonalém vedení elektřiny

Tady přicházejí na scénu supravodiče. Tyhle magické materiály dokážou vést elektřinu úplně bez ztrát. Žádné plýtvání. V době, kdy datacentra spotřebovávají dvouciferná procenta celosvětové elektřiny, je to docela velká věc.

Ale tady je ten háček – vždycky nějaký je.

Běžné supravodiče jsou neuvěřitelně vybíravé. Fungují jen při teplotách studenějších než většina Antarktidy – kolem minus dvou set stupňů Celsia. Udržet je takhle studené vyžaduje průmyslové chladicí systémy, které samy spotřebovávají spoustu energie a stojí majlant. Pro váš smartphone úplně nepraktické, že?

A jako kdyby to nestačilo, supravodiče jsou také citlivé na magnetická pole. Což je dost nepohodlné, protože magnety jsou vlastně všude v technice, kterou denně používáme.

Vědci se tedy roky snaží najít materiály, které nepotřebují tak extrémní chlad nebo lépe odolávají magnetickým polím. Práce pokračuje, ale výsledky přicházejí pomalu.

Zvrat, který nikdo nečekal

Teď ale přichází to zajímavé. Tým z Chalmers University of Technology ve Švédsku si vlastně řekl: „Co kdybychom přestali měnit supravodič a místo toho změnili to, na čem leží?"

Vím, vím – zní to skoro až příliš jednoduše. Ale poslouchejte dál.

Vědci pracovali s takzvanými kuprátovými supravodiči. Ty jsou už tak trochu přeborníci mezi supravodiči, protože fungují při o něco méně absurdně nízkých teplotách než jiné materiály. Ale jsou tvrdohlavé. Jakmile je jednou vyrobíte, jejich chemická struktura je v podstatě zamčená.

Co tým udělal jinak, bylo zaměřit se na podložku – tedy základnu pod supravodivou vrstvou. Upravili její povrch na nanoúrovni a vytvořili drobounké hrbolky a údolíčka – mluvíme tady o miliontinách milimetru.

Proč to vlastně funguje

Tady přichází ta cool část. Ty mikroskopické struktury mění elektronické prostředí přímo na rozhraní mezi podložkou a supravodičem. Je to jako kdyby podložka šeptala instrukce atomům v supravodiči, říkala jim, jak se mají uspořádat.

Výsledek? Elektrony v supravodivé vrstvě začaly fungovat jinak – zaujaly „preferovaný směr", který celou věc stabilizoval a posílil.

„Mohli jsme vidět, jak vlastnosti elektronů začaly mít v této mezifázové oblasti preferovaný směr a chovaly se způsobem, který stabilizoval a posílil supravodivý stav," vysvětlila profesorka Floriana Lombardi, vedoucí výzkumného týmu.

A co je klíčové – upravený supravodič si zachoval své supravodivé schopnosti i při styku s silnými magnetickými poli. To je něco, co normálně supravodivost u většiny materiálů spolehlivě zničí.

Proč je to důležitější, než se může zdát

Tady je můj pohled: nejde jen o chytrý trik v laboratoři. Jde o úplně jiný způsob myšlení o problému.

Léta se předpokládalo, že pokud chcete lepší supravodiče, musíte najít lepší materiály nebo je chemicky upravovat. Obě cesty jsou drahé, časově náročné a často vedou do slepých uliček.

Ale tenhle přístup, kdy se pracuje s podložkou? Otevírá úplně nový konstrukční princip. Místo hledání zázračných materiálů by inženýři mohli vzít existující supravodiče a jen díky úpravě povrchu, na kterém rostou, jim dodat lepší výkon.

To je obrovská věc pro aplikace jako kvantové počítače, pokročilé medicínské zobrazování nebo třeba pro výrobu elektroniky s výrazně nižší spotřebou energie.

Cesta vpřed

Supravodivé smartphony příští rok nejspíš neuvidíme. Teploty jsou stále extrémně nízké a čeká nás spousta inženýrské práce.

Ale tenhle výzkum dává vědcům nový nástroj do ruky. Naznačuje, že někdy nejlepší řešení není bojovat proti povaze materiálu, ale pracovat s jeho prostředím.

Budu to sledovat. Někdy ty největší průlomy přicházejí od otázky: „Co kdybychom na to šli úplně jinak než všichni ostatní?"

Někdy je nejchytřejší tah prostě změnit základy.

Zdroj: ScienceDaily