Dvourozměrný cín novým zázračným materiálem  
Stanen z jediné vrstvy atomů cínu je topologickým vodičem při pokojové teplotě. S příměsí atomů fluoru to zvládne i při 100 stupních Celsia. Čeká Silicon Valley přejmenování na Tin Valley?



 

Zvětšit obrázek
Osvědčí se dvourozměrný cín? Kredit: Brad Plummer/ SLAC.

Svět se ještě úplně nevzpamatoval z grafenu a máme tu další, prakticky dvourozměrný a velice slibný materiál, stanen. Je úplně jako grafen, jen namísto atomů uhlíku je tvořený do plochy uspořádanými atomy cínu. A velice rychle vzbudil velká očekávání v elektronickém průmyslu.


 

Zvětšit obrázek
Shoucheng Zhang. Kredit: Stanford University.

Stanen je dítětem týmu teoretických fyziků, který vede Shoucheng Zhang ze Stanfordské univerzity. Pokud jde o jeho pojmenování, autoři přiznávají inspiraci grafenem a použití latinského výrazu pro cín (stannum). Stanen objevili v rámci dlouhodobějšího výzkumu topologických izolátorů, tedy materiálů, které vedou elektrický proud po okraji či na povrchu, ale nikoliv uvnitř. Zhang s kolegy propočítali, že když jsou topologické izolátory tvořené jenom jedinou vrstvou atomů, jako právě v případě stanenu, tak po okrajích vedou elektrický proud se stoprocentní účinností. Tyto nezvyklé vlastnosti jsou výsledkem složitých interakcí mezi elektrony a jádry atomů ve dvourozměrně uspořádaném materiálu. Magie topologických izolátorů je prý velmi silná, elektrony po jejich okraji sviští jako luxusní vozy po dálnici.

 

Zvětšit obrázek
Stanen jako topologický izolátor. Cín šedivě, fluor žlutě. Kredit: Yong Xu/ Tsinghua University; Greg Stewart/ SLAC.


Zhangova skupina už před pár lety předpověděla chování topologických izolátorů u celé řady materiálů, jako je tellurid rtuťnatý (HgTe) a materiály kombinující bismut, antimon, selen a tellur. Další vědecké týmy to postupně potvrdily, zároveň se ale ukázalo, že žádný z těchto materiálů není perfektním vodičem při pokojové teplotě. A to dost omezuje jejich praktické využití. Letos Zhangův tým zkusil právě cín. Po předchozích zkušenostech věděli, že by měli opět hledat v pravé dolní části periodické tabulky a tak není divu, že cín sousedí s antimonem a po úhlopříčce i se selenem.

Zvětšit obrázek
Pro orientaci. Kredit: REMION/ Laboratorní průvodce.

Výpočty jim potvrdily, že by stanen měl být topologickým izolátorem při pokojové teplotě, a s příměsí atomů fluoru by to měl zvládat přinejmenším do 100 stupňů Celsia.


Pokud se Zhang a spol. někde nespletli a experimenty, které právě probíhají v několika laboratořích po světě jejich závěry potvrdí, tak by stanen mohl vyvolat revoluci ve výrobě elektroniky. Podle Zhanga by první aplikací stanenu okořeněného fluorem měla být technologie elektrického vedení na mikroprocesoru. Pokud by se to povedlo, tak by se takový mikroprocesor významně méně zahříval a také by spotřeboval méně elektřiny. Nebude to úplně samozřejmě snadné. Při průmyslové výrobě bude nutné zajistit, aby se vytvářela opravdu jen dvourozměrná vrstva atomů cínu a také aby tahle vrstva ve zdraví přežila celý proces výroby elektroniky. A nejde jenom o mikroprocesory. Pokud se stanen prosadí, mohl by v mnoha případech nahradit křemík. Zhang vtipkuje, že Silicon Valley jednou možná překřtíme na Tin Valley.

 


 


Literatura

SLAC National Accelerator Laboratory News 21. 11. 2013, Physical Review Letters 111: 136804, Wikipedia (Topological insulator).

Datum: 25.11.2013 13:00
Tisk článku


Diskuze:

supravodivost

Tomáš Kohout,2013-11-27 10:10:41

To je tedy skutečně průlom. Jestli jsem to dobře pochopil, tak se jedná o supravodivost při pokojové a vyšší teplotě?

Odpovědět


Josef Jindra,2013-11-27 11:00:10

Bohuzel, nebo bohudik ? asi nejedna. Ono se o tom neda moc najit nicmene dle meho nejzajimavejsi vlastnost je ta ze jde o spinove selektivni vodivou vrstvu. Coz dava velmi zajimave moznosti v technologii vypocetnich systemu.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni












Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace