materiály

Izraelští vědci vyvinuli kompozitní materiál BioPykrete, který je podle laboratorních testů desetkrát pevnější než obyčejný led a před prasknutím pohltí až sedmdesátkrát více energie. Led zpevnili nanokrystaly celulózy z rostlin a upraveným proteinem, jenž obě složky propojuje. Materiál se při zatížení nemá náhle roztříštit, ale postupně se deformovat. Výzkumníci v něm vidí možný nízkouhlíkový a biologicky rozložitelný stavební materiál pro odlehlé chladné oblasti, například Arktidu a Antarktidu. Dosavadní výsledky jsou však jen malým laboratorním ověřením a bude nutné prověřit dlouhodobou odolnost materiálu v proměnlivých podmínkách.

Vědci z Univerzity ve Warwicku a Evropského synchrotronového zařízení zjistili, že měďnatý supravodič LESCO nemá uvnitř jednotnou krystalovou stavbu, jak se dosud předpokládalo. Pomocí trojrozměrné rentgenové difrakce odhalili mozaiku dvou různých atomových uspořádání oddělených neobvykle širokými rozhraními. Tato rozhraní mohou narušovat pohyb a párování elektronů, a tím oslabovat supravodivost. Závěr může změnit výklad některých dřívějších měření i podobu teoretických modelů pro cuprátové supravodiče. Výzkumníci chtějí stejnou metodou prozkoumat další materiály, aby ověřili, zda je podobná vnitřní složitost rozšířená.

Fyzici získali první experimentální důkazy altermagnetismu v krystalech materiálu Co₁/₄TaSe₂, tvořeného kobaltem, tantalem a selenem. Tento třetí typ magnetismu spojuje vlastnosti feromagnetů a antiferomagnetů: umí rozdělovat elektrony podle spinu, aniž by vytvářel rušivá rozptylová magnetická pole. Výzkumníci jeho projevy ověřili kvantovým modelováním a spektroskopií ARPES, která odhalila spinově polarizované elektronové stavy. Materiál by mohl pomoci rozvoji spintroniky, rychlých pamětí, terahertzových sítí a úspornější elektroniky. Jeho vrstvená struktura navíc umožňuje vlastnosti dále upravovat a zkoumat základní mechanismy altermagnetismu.

Mezinárodní tým připravil krystaly diantimonidu ytterbia (YbSb2), supravodiče typu I, jenž po ochlazení téměř k absolutní nule vykazuje neobvyklé kvantové vlastnosti. Měření odhalila samovolný vznik slabých vnitřních magnetických polí po přechodu do supravodivého stavu, což naznačuje narušení symetrie obrácení času. Tento jev byl dosud spojován hlavně s nekonvenčními supravodiči typu II. Elektrony v materiálu navíc tvoří netradiční tripletové Cooperovy páry s nenulovým magnetickým momentem. YbSb2 by podle autorů mohl na povrchu hostit Majoranovy kvantové stavy a přispět k vývoji odolnějších prvků pro kvantové počítače.

Vědci z Carnegie Mellon University ukázali, že anomální Hallův jev nemusí vznikat pouze při magnetickém poli kolmém k tenké vrstvě materiálu. V jejich dvourozměrné heterostruktuře se elektrická odezva objevila i tehdy, když magnetizace působila v rovině vrstvy. Výzkumníci spojili ultratenký TaIrTe4 s magnetickou vrstvou Cr2Ge2Te6, čímž upravili symetrii materiálu a přenesli do nemagnetické vrstvy magnetické vlastnosti. Objev by mohl vést k tenkým magnetickým senzorům schopným měřit pole ve více směrech. Zatím však jde o laboratorní experiment prováděný při kryogenních teplotách; další výzkum má ověřit podobné chování v jiných materiálech a blíže pokojové teplotě.

Vědci představili nanovrstvy kobaltového silicidu (CoSi), které při zmenšování tloušťky paradoxně snižují elektrický odpor. Při tloušťce kolem 20 nanometrů byl materiál podle měření desetkrát méně odporový než stejně silný měděný spoj při pokojové teplotě a unesl až stonásobně vyšší proudovou hustotu. CoSi tak může řešit problém měděných propojení v čipech, kde se elektrony v extrémně tenkých vodičích rozptylují o povrchy. Testy ukázaly přenos signálu s malými ztrátami do 40 GHz i slučitelnost s běžnou křemíkovou technologií CMOS. Materiál navíc odolal vysokým proudům a teplotě 450 °C po dobu 200 hodin.

Výzkumníci zjistili, že ultratenké vrstvy diselenidu niobu a pravděpodobně i disulfidu tantalu nevykazují pouze jeden supravodivý pás, jak se dosud zdálo. Citlivá tunelová spektroskopie a porovnání s matematickými modely ukázaly, že data lépe odpovídají supravodivosti ve dvou pásech. Silný rozptyl elektronů mezi pásy během života Cooperových párů přitom obě energetické mezery zprůměruje, takže měření zachytí zdánlivě jen jednu. Výsledek může pomoci lépe řídit vlastnosti supravodičů pro energetiku, elektroniku i kvantové technologie. Autoři chtějí dále zkoumat silnější vzorky diselenidu niobu, kde by se mohly uplatnit až tři pásy.

Vědci nalezli v mikroskopické částici spadu z Hirošimy kovovou slitinu s dosud nepozorovanou kombinací chemického složení a krystalové struktury. Zrno o velikosti asi deset mikrometrů tvoří hlavně železo, chrom a křemík, obsahuje však i další prvky. Na rozdíl od běžné oceli má složitou uspořádanou kubickou strukturu typu AlAu₄. Podle badatelů slitina vznikla kondenzací kovových par v žáru jaderného výbuchu a následným mimořádně rychlým ochlazením. Objev naznačuje, že historický jaderný spad může ukrývat další vzácné nestabilní materiály, zároveň ale připomíná lidské utrpení spojené s bombardováním Hirošimy.

Výzkum německého Institutu Maxe Plancka ukazuje, že elektricky nabité kapky vody mohou poškodit ochranné povlaky kovů dosud přehlíženým mechanismem. Při dielektrickém průrazu vznikají v povlaku otvory, které následně vystaví kov korozi. V laboratorních testech se po působení nabitých kapek objevilo poškození povlaků na mědi i zlatě, zatímco elektricky neutrální voda škody nezpůsobila. Náboj se může na kapkách vytvářet například při pohybu po různých površích, v bouřkových mracích, u mořských vln či vodopádů. Autoři upozorňují, že význam tohoto jevu v běžném dešti zatím není znám, ale poznatky mohou vést k odolnějším antikorozním nátěrům.

Studie v časopise Nature Materials upozorňuje, že současné plynové turbíny nejsou připraveny na spalování vodíku. Vodík proniká do niklových superslitin a při vysokých teplotách výrazně zvyšuje jejich křehkost, což může vést až k vážnému poškození součástí. Největší potíže se objevily při zahřívání zhruba mezi 400 a 600 °C, kdy se tažnost materiálu snížila až o 30 procent. Atomy vodíku narušují karbidy, které slitinám dodávají pevnost, a mohou v nich vytvářet metan s vysokým lokálním tlakem. Rozvoj vodíkové energetiky proto může vyžadovat nové slitiny nejen pro potrubí a zásobníky, ale i pro turbíny a letecké motory.