Tým kolem českého vědce Tomáše Jungwirtha patří ve svém oboru k nejcitovanějším na světě. Stojí za teorií, která se nyní stává klíčem ke vzniku nové generace mikrosoučástek.

Skupina z Fyzikálního ústavu Akademie věd vyvinula ve spolupráci s kolegy ze zahraničí prototyp mikročipu, jenž dokáže ukládat data tisíckrát rychleji než dnes používané počítačové paměti.

Do budoucna by mohly takové součástky přinést rychlejší pokrok v umělé inteligenci nebo najít uplatnění v elektronice, například v oblasti internetu věcí, v samořiditelných autech nebo chytrých městech. Nová technologie otevírá dveře do živé byznysové oblasti − jen ve výrobě polovodičových čipů loni firmy utržily stovky miliard dolarů.

Schopnost zapsat data velkou rychlostí nyní vědci u svého čipu potvrdili i pomocí experimentů. Ve vývoji už dospěli do stadia, kdy si Fyzikální ústav podal společně s univerzitou v Nottinghamu a japonskou nadnárodní firmou Hitachi evropskou patentovou přihlášku, aby vynález do budoucna ochránili. "Zda jej firma využije a jak, se ještě ukáže, jsme teprve na začátku. Snažíme se ale klíčové věci ochránit dopředu," vysvětluje profesor Jungwirth, který zároveň působí na zmíněné britské univerzitě a o novinkách v úterý promluví na sněmu Akademie věd.

Základ celé technologie tkví v tom, že se týmu podařilo pochopit, jak fungují zákonitosti Einsteinovy relativistické teorie uvnitř materiálů zvaných antiferomagnety.

Na rozdíl od běžně používaných feromagnetů jejich magnetické chování nepůsobí navenek, protože se směr magnetů na sousedních atomech v krystalu pravidelně střídá. Věda je zná dlouho, ale donedávna měli odborníci za to, že nejsou užitečné.

Praktické využití v nich neviděl ani Louis Néel, jejich objevitel, který za popis této skupiny obdržel v roce 1970 Nobelovu cenu.

Změnil to až Tomáš Jungwirth se svými spolupracovníky. Před dvěma lety přišli na to, že když se do látek se správnou krystalovou mřížkou pustí běžný elektrický proud, atomy se v nich začnou chovat jako cívky, které samy otočí směr magnetů na atomech a tím zapíšou data do antiferomagnetu.

"Od teoretického nápadu a prvních experimentů jsme to dopracovali k této součástce, kterou mohu přes USB zapojit k počítači, pustit a zapisovat do ní informace," ukazuje Jungwirth ve své půdní kanceláři ve Fyzikálním ústavu na první pohled obyčejnou krabičku.

Ta ale obsahuje kostičku z krystalu, na niž se data zapisují. Zatím jen v malém objemu několika bitů, součástkou ale vědci dokazují, že umí komunikovat s běžným počítačem. Výhoda je i v tom, že když se setká s magnetem, zapsaná data se nevymažou nebo nepřepíšou, tak jako třeba u magnetické platební karty nebo u pevného disku. Pozoruhodný je i způsob zápisu informací.

"Antiferomagnety se mohou chovat podobně jako lidské neurony. Nepřepínají jen mezi jedničkami a nulami, ale mají spojitou paměť. Což by mohlo být zajímavé hlavně pro obor umělé inteligence a neuronových sítí. Mikroelektronické součástky, které by se chovaly jako neurony, se dnes intenzivně hledají," popisuje vědec. Krystaly si fyzikové "pěstují" přímo v laboratoři pomocí objemného přístroje za desítky milionů korun.

Jungwirth patří mezi hrstku českých vědců, jimž se podařilo získat prestižní grant Evropské výzkumné rady, dostal ho před osmi lety. A za posledních deset let vyšlo jeho týmu dohromady třicet odborných článků v nejuznávanějších vědeckých časopisech z rodiny Nature a Science, titul Nature Physics dokonce o tématu takzvané antiferomagnetické spintroniky připravil nedávno speciální vydání.

O práci českých vědců se už zajímá také přední světový výrobce čipů Intel, který se nyní na trhu s polovodiči předhání s firmou Samsung. Při případném využití vynálezů má ale přednost zmíněná japonská firma Hitachi, která s českými vědci spolupracuje od roku 2004.

"Pracujeme spolu na vlastním výzkumu, přípravě patentů, a firma navíc přímo finančně podporuje náš výzkum: nově přišla s nabídkou podpory mi­lion a půl korun ročně, kterou můžeme libovolně využívat na bádání. Neočekávají okamžité výsledky, podporují nás a vyčkávají, co přijde," vysvětluje Tomáš Jungwirth.

Ostatně když se tým z Fyzikálního ústavu do svého výzkumu pouštěl, nekladl si za cíl přijít hned s novými součástkami, nejprve chtěl lépe pochopit efekty Einsteinovy relativistické fyziky v magnetech a mikroelektronice.

Postupně přechází k využití poznatků − spintronické senzory z dílny fyziků například firma E.ON nedávno zabudovala na parkovištích v Písku a mají o ně zájem další města u nás i v zahraničí.

Rychlý paměťový nosič nyní otevírá další možnosti. "Očekávání, že budeme schopni budovat řádově rychlejší a výkonnější počítače pomocí takzvané spintroniky, je tady dlouho. A tento výsledek je jedním z prvních, které potvrzují, že ta očekávání jsou reálná," uvádí ředitel Fyzikálního ústavu Akademie věd Michael Prouza.

Vědci teď na vývoji čipu pracují dál a chtějí mu vtisknout konkrétní funkci, jež by mohla najít uplatnění třeba právě v technologiích pro chytrá města nebo fungovat jako neuronová síť. Na další fázi dostali loni společně s kolegy ze zahraničí grant ve výši čtyř milionů eur.