Krystalická struktura exotického materiálu Mn3Si2Te6. Kredit: Institute for Basic Science.

Některé titulky přetékají superlativy natolik, že soudný člověk pochybuje o jejich důvěryhodnosti. V případě výzkumu georgijské techniky by to ale byla chyba, alespoň pokud lze soudit podle publikace v prestižním Nature. Jde o extrémní případ magnetorezistence, tedy situace, kdy se elektrický odpor materiálu mění působením vnějšího magnetického pole.

Itamar Kimchi z Georgia Tech a jeho kolegové se nezabývali jen tak nějakou magnetorezistencí. Studovali pozoruhodný materiál, který představuje feromagnetickou slitinu manganu, křemíku a teluru (Mn₃Si₂Te₆). Jeho mikrostruktura připomíná vrstvy včelí plástve, jen v tomto případě tvořené osmiúhelníky.

Itamar Kimchi vpravo. Kredit: Georgia Tech.

V tomto materiálu se elektrony pohybují kolem vnějších stran zmíněných osmiúhelníků. Za normálních okolností se zmateně míhají všemi směry a navzájem si překážejí, díky čemuž se slitina chová jako elektrický izolant. Pokud se ale zmíněný materiál ocitne ve vnějším magnetickém poli, jeho elektrony se začnou chovat velmi uspořádaně.

Elektrony se pohybují stejným směrem, pohybují se rychle a vytvářejí elektrický proud. Vznikne výtečný elektrický vodič a vodivost materiálu se zvýší o sedm řádů. Podle badatelů jde o nárůst vodivosti o miliardu procent. Mluví o takzvané kolosální magnetorezistenci (colossal magnetoresistance), která se pojí se změnami vodivosti o řády. Vodivost materiálů s běžnou magnetorezistencí se totiž mění maximálně o 5 procent.

Logo. Kredit: Georgia Tech.

Tím ale podivnosti nekončí. Nejzajímavější je, že to funguje pouze tehdy, když magnetické pole působí kolmo k povrchu materiálu. Přitom u všech ostatních známých materiálů s magnetorezistencí nehraje úhel působícího vnějšího magnetického pole roli a magnetorezistenci neovlivňuje.

Kimchi zmiňuje, že ve hře je exotický kvantový stav, který jsme doposud nepostihli teoretickými modely ani dřívějšími experimentálními výsledky. V navazujících experimentech vědci zjistili, že extrémního zvýšení vodivosti lze u dotyčného materiálu docílit i použitím elektrického proudu. Změna vodivosti materiálu je v tomto případě pomalejší a zabere pár sekund nebo i minut.

Právě „elektrická“ varianta by ale podle vědců mohla být využita dříve, například v řadě kvantových zařízení, jako jsou kvantové počítače, senzory nebo komunikační systémy. Než na to dojde, bude nutné nově objevený kvantový stav pořádně prozkoumat. Také nebude špatné zjistit, jestli se neobjevuje i v dalších materiálech.

Video: 17th Pappalardo Fellowships In Physics Symposium - Itamar Kimchi

Literatura

New Atlas 26. 2. 2023.

Nature 611: 467–472.