To je v rozporu se všemi pravidly, která pro vodivost známe. Pro vědce je to něco jako vidět auto, které jede po vodě, a přesto jede 70 km/h. Objev by mohl být mimořádně užitečný. "V zásadě to otevírá možnost navrhnout celou novou třídu materiálů, které vedou elektřinu, snadno se tvarují a jsou velmi odolné v každodenních podmínkách," řekl John Anderson, chemik z Chicagské univerzity a hlavní autor studie. "V podstatě to naznačuje nové možnosti pro nesmírně důležitou technologickou skupinu materiálů," řekl Jiaze Xie, první autor článku.
Neexistuje žádná pevná teorie, která by to vysvětlovala. Vodivé materiály jsou naprosto nezbytné, pokud vyrábíte jakékoliv elektronické zařízení, ať už jde o iPhone, solární panel nebo televizor. Zdaleka nejstarší a největší skupinou vodičů jsou kovy: měď, zlato, hliník. Zhruba před 50 lety pak vědci dokázali vytvořit vodiče z organických materiálů, a to pomocí chemické úpravy známé jako "dopování", při níž se do materiálu nasypou různé atomy nebo elektrony. To je výhodné, protože tyto materiály jsou pružnější a snadněji se zpracovávají než tradiční kovy, ale problém je v tom, že nejsou příliš stabilní; mohou ztratit svou vodivost, pokud jsou vystaveny vlhkosti nebo pokud se teplota příliš zvýší.
V zásadě však mají tyto organické i tradiční kovové vodiče společnou vlastnost. Jsou tvořeny rovnými, těsně uspořádanými řadami atomů nebo molekul. To znamená, že elektrony mohou materiálem snadno proudit, podobně jako auta na dálnici. Vědci se ve skutečnosti domnívali, že materiál musí mít rovné, uspořádané řady, aby mohl účinně vést elektřinu. Pak Xie začal experimentovat s některými materiály, které byly objeveny již před lety, ale z velké části ignorovány. Navlékl atomy niklu jako perly do šňůry molekulárních korálků z uhlíku a síry a začal testovat.
K úžasu vědců materiál snadno a silně vedl elektřinu. Navíc byl velmi stabilní. "Zahřívali jsme ho, chladili, vystavovali vzduchu a vlhkosti, a dokonce jsme na něj kapali kyseliny a zásady, a nic se nestalo," řekl Xie. To je pro zařízení, které musí fungovat v reálném světě, nesmírně užitečné.
Pro vědce však bylo nejpozoruhodnější, že molekulární struktura materiálu byla neuspořádaná. "Z fundamentálního pohledu by to neměl být kov," řekl Anderson. "Neexistuje žádná solidní teorie, která by to vysvětlovala."
Xie, Anderson a jejich laboratoř spolupracovali s dalšími vědci z celé univerzity, aby se pokusili pochopit, jak může materiál vést elektřinu. Po testech, simulacích a teoretické práci se domnívají, že materiál tvoří vrstvy, jako jsou listy v lasagních. I když se listy otáčejí do stran a netvoří úhlednou hromádku lasagní, elektrony se stále mohou pohybovat vodorovně nebo svisle - pokud se kousky dotýkají.
Konečný výsledek je pro vodivý materiál bezprecedentní. "Je to skoro jako vodivá plastelína. Můžete to zamáčknout na místo a ono to vede elektřinu," řekl Anderson.
Vědci jsou nadšeni, protože objev naznačuje zásadně nový konstrukční princip pro technologie elektroniky. Vysvětlili, že vodiče jsou tak důležité, že prakticky každý nový vývoj otevírá nové směry pro technologie.
Jednou z atraktivních vlastností materiálu jsou nové možnosti zpracování. Například kovy se obvykle musí roztavit, aby se daly vyrobit do správného tvaru pro čip nebo zařízení, což omezuje možnosti, které se z nich dají vyrobit, protože ostatní součásti zařízení musí být schopny odolat teplu potřebnému ke zpracování těchto materiálů.
Nový materiál takové omezení nemá, protože jej lze vyrobit při pokojových teplotách. Lze jej použít i tam, kde potřeba, aby zařízení nebo jeho části odolávaly teplu, kyselinám či zásadám nebo vlhkosti, dříve omezovala možnosti inženýrů při vývoji nových technologií.
Tým také zkoumá různé formy a funkce, které by materiál mohl vytvářet. "Myslíme si, že ho můžeme udělat dvourozměrný nebo trojrozměrný, udělat ho porézní, nebo dokonce zavést další funkce přidáním různých pojiv nebo uzlů," řekl Xie.
Zdroj: https://www.nature.com/articles/s41586-022-05261-4 (i.f. 69,5)
Foto: israel palacio, Unsplash
Více z fyziky na CZECHSIGHT:
Michaela Novotná
Michaela Novotná
Vstup do diskuze