Když jsem poprvé narazil na termín „twistronics", přiznávám, že mi to znělo jako něco z vědeckofantastického filmu. Jenže čím víc jsem se do toho ponořil, tím jasnější bylo, že jde o jednu z nejzajímavějších věcí, na kterých vědci v současnosti pracují.
Co to vlastně twistronics je?
Představ si dva ultra-tenké pláty nějakého materiálu — třeba jako atomárně tenké kartičky. Teď si představ, že jeden položíš na druhý a jenom ho trochu pootočíš — řeč je o úhlu pár stupňů. Zní to jednoduše, co? Ale tady přichází ten šok: i takové minimální pootočení může úplně změnit elektrické vlastnosti toho materiálu.
Není to úplně novinka — vědci s touto myšlenkou experimentují už nějakou dobu. Problém ale je, že tyhle experimenty většinou spoléhaly na extrémně tenké vrstvy držené pohromadě takzvanými van der Waalsovými silami, které jsou vlastně docela slabé. Skvělé pro výzkum, ale nepříliš praktické, když chceš stavět skutečná zařízení.
Průlom, který mění pravidla hry
Tým z North Carolina State University právě publikoval práci, která je podle mě opravdovým zlomem. Vymysleli, jak totéž provést s oxidovými materiály — a tady přichází ta hříčka slov (promiňte). Tyhle oxidové vrstvy jsou totiž propojené silnými chemickými vazbami, ne slabými přitažlivými silami.
Proč je to tak důležité:
Dají se vyrobit ve větších rozměrech — Předchozí zkroucené materiály byly křehké a миниатюрní. Tyhle nové oxidové membrány se dají vyrábět v mnohem větších plochách, takže by jednou mohly najít uplatnění v reálných zařízeních.
Vazby jsou tak silné, že doslova přetvářejí materiál — Tohle je ta část, která mě fakt dostala. Vědci zjistili, že když se tyhle oxidové vrstvy spojí, vlastně deformují atomovou strukturu na rozhraní mezi vrstvami. Jako kdyby se materiál přizpůsoboval tomu, že jsou obě vrstvy spolu zamčené.
Otevírá to úplně nový svět možností — Podle asistentky profesorky Ruijuan Xu: „Silné mezivrstevní vazby, které jsme našli mezi oxidovými vrstvami, naznačují, že tu mohou být zcela nové jevy na rozhraní k objevení." Prostě řečeno: vědci právě odemkli spoustu nové fyziky, kterou předtím neviděli.
Jak na to šli?
Tým pracoval s krystalickými membránami niobátu sodného (NaNbO3). Pomocí fotolitografie k nim přidali drobné vizuální značky kolem okrajů každé membrány, pak opatrně umístili jednu vrstvu na druhou a sledovali, jak se značky zarovnávají — podle toho kontrolovali úhel pootočení.
Jakmile měli orientaci, jakou chtěli, použili speciální žíhací proces, který vytvořil ty silné chemické vazby mezi vrstvami. A pak přišla ta opravdu zajímavá část — použili rentgenovou difrakci, aby se podívali, co se děje tam, kde se ty dvě vrstvy setkávají.
Co našli, bylo fascinující: vazby byly tak silné, že vytvořily postupnou rotaci atomové mřížky na rozhraní. Materiál se doslova zakřivil v bodě, kde se obě vrstvy setkaly.
Proč by vás to mělo zajímat?
Vím, že to zní jako hodně „laboratorní" věda, ale poslouchejte mě. Oxidové materiály mají úžasné vlastnosti — můžou být feroelektrické, supravodivé nebo mít jiné užitečné elektronické chování. Když teď můžeme kontrolovat nejen složení materiálu, ale taky uspořádání jeho vrstev vůči sobě, v podstatě přidáváme úplně nový rozměr k materiálovému inženýrství.
Vědci si myslí, že tahle technika by mohla časem fungovat i s jinými komplexními oxidovými materiály, ne jen s niobátem sodným. A protože ty krystalické membrány se dají přenášet na různé podložky, otevírá to praktickou cestu k tomu, co nazývají „twistronikou" oxidových elektronik.
Co si o tom myslím?
Mám rád, jak tenhle výzkum reprezentuje druh vědy, která rozšiřuje možnosti, místo aby jen optimalizovala, co už máme. Neprobíhá tu jen vylepšování stejných materiálů — objevujeme úplně nové způsoby, jak může být hmota organizovaná.
Změní to příští rok váš smartphone? Nejspíš ne. Ale v širším pohledu — pochopení toho, jak manipulovat materiály na této úrovni — doslova je přetvářet do nových konfigurací — by mohlo být základní technologií pro elektroniku zítřka.
A navíc si prostě myslím, že je to fakt cool, že jsou vědci někde venku a zjišťují, jak přetvořit hmotu tak, že jí jenom trochu pootočí.
Zdroj: ScienceDaily