Klávesové zkratky na tomto webu - základní­
Přeskočit hlavičku portálu


Podívejte se na budoucnost elektroniky, zjednodušenou do jediné minuty

aktualizováno 
Profesor Albert Fert, držitel Nobelovy ceny za fyziku z roku 2007, pomohl otevřít úplně novou oblast výzkumu - spintroniku. Po více než třiceti letech nyní může spintronika konečně nastoupit do praxe. Mohla by významně zrychlit počítače a snížit spotřebu. Vše začalo v 70. letech nápadem mladého doktoranda.

Profesor Albert Fert, držitel Nobelovy ceny za fyziku 2007

Největší aula Vysoké školy báňské - Technické univerzity v Ostravě je nacpaná k prasknutí. Studenti už zaplnili všechna místa k sezení a hromadí se na schodech. Je to vůbec poprvé, co do této školy, v rámci programu Honeywell Initiative for Science & Engineering, přijel laureát Nobelovy ceny, a tak se na přednášku přišli podívat i lidé mimo technické obory. "Nějaká spintronika, prý budoucnost elektroniky, no to v angličtině nedávám," říká mladík vedle mě a raději přijme sluchátka se simultánním překladem. Ještě neví, že i profesionální tlumočnice bude mít s přednáškou profesora Alberta Ferta co dělat.

Laureát Nobelovy ceny za fyziku Albert Fert přednášel o spintronice a jejím...

Laureát Nobelovy ceny za fyziku Albert Fert (vpravo, růžová kravata) přednášel o spintronice a jejím budoucím využití na VŠB-TUO v Ostravě v rámci programu Honeywell Initiative for Science & Engineering

Profesor Fert patří k vědcům, kterým věk (75 let) vůbec nebrání v tom, aby uchvátili svým nadšením i mnohem mladší publikum. Přesto byla přednáška informačně hutná. Během hodiny v ní totiž profesor Fert shrnul historii radikálně nového odvětví, kterým se zabýval celý život.

Albert Fert na přednášce ostravským studentům

Albert Fert na přednášce ostravským studentům

Už v 70. letech měl během doktorského studia v hlavě mechanismus, který by využíval různého spinu elektronů k novému způsobu fungování výpočetní techniky. Trvalo však více než deset let, než se mu povedlo laboratorně dokázat kvantovou magnetorezistenci, známou jako gigantická magnetorezistence (GMR). I díky ní můžeme nyní na pevných discích přenosných přehrávačů ukládat gigabajty dat. A spintronika má podle něj mnohem větší potenciál: "Budou to například nové typy počítačových pamětí s výrazně nižší spotřebou energie a také nové způsoby využití pro rádiová zařízení v telekomunikacích."

Spin elektronů a spintronika nám přinesly rychlé paměti

Každý elektron má záporný náboj. Kromě toho má ale také svůj "spin" což je kvantový fenomén, který se někdy znázorňuje jako rotace kolem vlastní osy.

U elektronu vytváří spin magnetický dipól, který lze využít pro přenos informace - tak vznikl obor spintronika. Profesor Fert a řada dalších výzkumníků se domnívá, že zařízení založená na spinu elektronů mohou vést k tvorbě nových, úspornějších zařízení. Výzkum spintroniky v 80. letech vedl například k vývoji rychlých pamětí RAM nebo pevných disků s vyšší hustotou záznamu dat.

Po přednášce jsme se profesora Ferta zeptali na jeho vědeckou kariéru, budoucnost elektroniky i příběhy ze zákulisí vědeckého výzkumu.

Ve své přednášce jste zdůraznil, že ve vědě je důležitá fantazie. Stoupá potřeba představivosti s tím, jak se zmenšuje náš objekt zkoumání?
Ano, fantazie je teď kvůli nanotechnologiím ještě důležitější. Dříve byla věda vlastně systematickým pozorováním přírody. Máte kousek dřeva, kousek kovu a zkoumáte je. Ale dnes už vlastně dokážete syntetizovat prakticky cokoliv, co umíte navrhnout, skoro libovolný shluk atomů. Takže si můžete představit nějakou strukturu a máte po ruce nástroje, jak ji vytvořit. Myslím, že představivost je pro nanotechnologii velmi důležitá.

Zmínil jste, že v 70. letech jste už měl v hlavě teoretický model gigantické magnetorezonance, GMR. Ale musel jste ten nápad dát k ledu skoro na 15 let.
Ano, musel jsem, protože v 70. letech nebyla dostupná technologie, pomocí které bych GMR mohl v praxi vytvořit a experimentálně ověřit. Neexistovaly tehdy jak určité znalosti o fyzice, tak laboratorní nástroje.

A moje otázka tedy zní: co máte u ledu uloženého teď?
Dobrý fyzik má u ledu neustále uloženo spoustu věcí (směje se). Někdy nám chybí nástroj, kterým bychom experiment provedli, někdy chybí jen čas se tomu věnovat.

Spintronika je opravdu komplikovaná, jistě nejen pro mne a naše čtenáře. Mohl byste nám ji stručně a jednoduše přiblížit, nejlépe pomocí nákresu?

Takže, co je spintronika? Tady máme elektron, částici s negativním nábojem. Ale elektron má také magnetický pól. Tady máme severní pól a tady jižní. Tradiční elektronika se zabývá jen nábojem elektronu. V klasické elektronice se náboj pohybuje a vytváří elektrický proud. Na spin se v elektronice nehledí.

Spin elektronu ovlivňuje jeho cestu feromagnetickým vodičem.

Spin elektronu ovlivňuje jeho cestu feromagnetickým vodičem

Ale vy můžete díky působení síly na spin kontrolovat pohyb elektronu. Takže díky spinu máme nové možnosti, jak ovlivnit pohyb elektronu. A tedy i funkčnost nových elektronických zařízení.

Spintronika evidentně představuje velké možnosti. Ale spintronika není to samé jako kvantový počítač, stále tu máme jedničky a nuly, že?
Spintronika rozšiřuje možnosti elektroniky, ale je s ní kompatibilní. Stále umí pracovat s jedničkami a nulami, jen informaci přenáší jinak, pomocí spinu elektronu, nikoli jeho náboje.

Ale může se spintronika vyvinout do něčeho, co současné možnosti elektroniky značně přesáhne?
Se spintronikou můžeme zvýšit kapacitu disků, snížit spotřebu energie a tak dále. Ale pak jsou tu úplně nové koncepty, které se netýkají jen spintroniky. Jsou to úplně nové komponenty, které se inspirovaly skladbou lidského mozku. V mozku přenášejí signály mezi neurony mozkové synapse. A tyto synapse se neustále mění. Tohle může být základem úplně nového typu počítačů, nebo alespoň jejich částí. Tyto části už nebudou používat jednoduché tranzistory, ale nějaký druh komponenty, která má plasticitu srovnatelnou s mozkovou synapsí.

Nové rychlé typy paměti RAM mohou patřit k prvním využitím spintroniky v praxi....

Nové typy rychlé paměti RAM mohou patřit k prvním využitím spintroniky v praxi. Jeden z konceptů (STT-RAM - spin-transfer torque random-access memory) například uvažuje o využití pamětí přímo u logických jednotk, čímž sníží nároky na spotřebu energie a zvýší rychlost.

Pak jsou tu další koncepty, třeba kvantové počítače. Dnes počítače používají jedničky a nuly, nic mezi tím, bipolární stav. Ale v kvantovém počítači můžete pracovat s qubity (čti kjůbit). Kvantový počítač umí zkombinovat informace z mnoha různých qubitů naráz, a využít při tom například vlnovou funkci nebo spin elektronu. Je to běh na dlouhou trať.

"Grafen vykazuje vlastnosti vhodné pro přenos spinu elektronů, a to v míře přesahující ostatní dosud studované materiály."

Když mluvíme o dlouhodobých projektech, tak výzkum ohledně GMR jste publikoval v roce 1988, ale Nobelovu cenu jste za něj dostal až o 19 let později. Co jim tak trvalo? Bylo to proto, že tehdy ještě nebylo zřejmé, že jde o významný objev?
Řekněme, že v Nobelově výboru jsou velmi opatrní lidé. Obecně to trvá dlouho, než ověří významnost projektu. Chtějí posoudit jeho dopad a důležitost. Chtějí vidět, zda ten objev otevře nové oblasti pro výzkum. Zkrátka čeká se na to, jaký bude mít váš výzkum potomky.

Albert Fert

Nositel Nobelovy ceny za fyziku 2007

Profesor Albert Fert

Profesor Albert Fert

Albert Fert (*1938 ve Francii) absolvoval  univerzitní studia na pařížské École Normale Supérieure a doktorát obhájil v roce 1970 na University of Paris. V roce 1976 se stal profesorem fyziky na University Paris-Sud. V současnosti je ředitelem pro vědu ve společné laboratoři francouzského Národního centra pro vědecký výzkum (CNRS) a společnosti Thales a členem francouzské Akademie věd.

Výzkum profesora Ferta se soustředí na oblast fyziky hmoty (elektronické a magnetické vlastnosti pevných látek, spintronika). V roce 1988 spoluobjevil gigantickou magnetorezistenci, což je jev dobře známý z aplikací v pevných discích, který vedl k zásadnímu nárůstu jejich úložné kapacity. Tento objev stál rovněž u zrodu a rozvoje významné oblasti výzkumu označované jako spintronika, která bývá někdy definována jako nový druh elektroniky, využívající spinu elektronů. Profesor Fert přispěl se svým týmem k rozvoji spintroniky především pracemi na poli teorie přenosu spinu (Valet-Fertův model) a pokusy v oblasti spinového tunelování, generování mikrovln prostřednictvím přenosu spinu, spinového Hallova jevu a přenosu spinu v uhlíkových nanotrubičkách a v grafenu. (zdroj: Honeywell)

A z vašeho výzkumu vyrostla spintronika. Dostal jste tedy za tento výzkum v roce 2007 Nobelovu cenu za fyziku. Byl to ten nejzajímavější výzkum, který jste dělal?
Neřekl bych. Každý výzkum je dobrodružství. Objev GMR byl jen završením dlouhého procesu. GMR je minulost, to už mě nebaví, dívám se do budoucna.

Jeden z našich čtenářů se ptá, kdy můžeme očekávat komponenty využívající spintroniku v běžně dostupných počítačích a mobilech, třeba v procesorech. Jaký je váš odhad?
Procesor je až druhá fáze. V první fázi se spintronika bude využívat v nových generacích pamětí RAM. Ty by na trh měly přijít během několika let. U procesoru to bude chtít více času, pět až deset let, asi spíše těch deset.

Cestujete po světě a popularizujete vědu na univerzitách...
Dělám i jiné věci...

Samozřejmě. Přesto se chci zeptat: co vás na vědě jako takové nejvíce baví?
Baví mě, že je to kreativní povolání. Není to nějaké následování instrukcí a sestavování aparatury podle schématu. Vyžaduje to představivost.

Dostal jste řadu prestižních ocenění ještě před Nobelovou cenou. Ale přeci jen, Nobelova cena je jakýsi vědecký Oskar. Změnila váš život?
Ano, mám více práce. A také nové zodpovědnosti. Mluvím s politiky, přednáším studentům a do toho pokračuji ve svém výzkumu.

Ve výzkumu pracujete v podstatě už od doktorského studia. Změnil se nějak dramaticky styl vědeckého zkoumání?
Ano, jak už jsem říkal, nové nástroje dávají výzkumníkům více možností. Mohou popustit uzdu fantazii. Dokážeme vyrobit umělé materiály a přesné přístroje. Pamatuji si, že na začátku mojí kariéry, když jsem si chtěl vytvořit nějaký obvod, musel jsem sáhnout po pájce. Teď to udělám od klávesnice a stroj mi vyrobí mnohem menší a kvalitnější obvod.

Co je podle vás často špatně pochopená stránka fyziky? Které mýty o fyzice vás rozčilují?
Toho je více. Především mě fascinuje mýtus, že fyzika je něco hotového, ustanoveného, ukončeného. Přitom ve fyzice jsou pořád nové nálezy a objevy. A také je nepříjemný konflikt mezi náboženstvím a vědou. Všímám si, že třeba v USA někteří lidé mluví o kreacionismu, zpochybňují Darwina, to mě šokuje.

Myslíte, že věda a náboženství mohou spolupracovat?
Ano, mohly by. Ale pokud jde o dogmatické náboženství, je to takřka nemožné. Když někdo vykládá Boží slovo doslova a tvrdí, že svět byl doslova stvořen v šesti dnech, je to těžké. Od nesmyslných a nepotřebných dogmat je třeba se oprostit.

Zmínil jste, že dnes je výzkum v lecčems jednodušší, máme více nástrojů a nemusíme vše sami konstruovat. Může být tato skutečnost škodlivá? Může se stát, že kvůli této zjednodušenosti a odtrženosti dojde ke ztrátě nějakého porozumění?
Musíme vědět, že jsou to jen nástroje. Fyzikové musejí pořád vědět, jakých principů využívají, o koho se opírají, vědět, na čích ramenech stojí. Je také potřeba neztratit se v nových možnostech a vědět, proč který experiment provádím, jakou hypotézu ověřuji. Jinak bych jen vyráběl skvělé umělé struktury pro nic za nic.

Nejsou dnešní studenti v nevýhodě, když je teď pro vědce velká část výzkumu jednodušší, a oni tak nikdy nepřijdou do kontaktu s "těžkou a tvrdou vědou"?
Je to rozhodně jiný výzkum. Musí si vytvořit zase jiné schopnosti. Prostě je jiná doba.

Na co nejraději vzpomínáte v souvislosti se získáním Nobelovy ceny?
Překvapivě to nesouvisí se slavnostní ceremonií ve Švédsku. Tam jsem byl hostem mnoha státníků i televizních stanic. Ale když jsem se vrátil domů, otevřel jsem dveře. A tam byla moje žena a padesát dalších lidí. Mých přátel, známých, kolegů. To bylo nádherné.

Článek v Wharfedale Observer, říjen 2007

Článek v Wharfedale Observer

A další zajímavý suvenýr: když jsem v 70. letech pracoval na výzkumu ve Skotsku, hrál jsem předáka v tamějším ragbyovém týmu městečka Otley. A jeden z mých bývalých kolegů mi po mém převzetí Nobelovy ceny v roce 2007 poslal anglické noviny; a tam byl článek: "Bývalý otleyský hráč rugby získal Nobelovu cenu." Ten mám dodneška schovaný.

Autor:




Hlavní zprávy

Najdete na iDNES.cz



mobilní verze
© 1999–2017 MAFRA, a. s., a dodavatelé Profimedia, Reuters, ČTK, AP. Jakékoliv užití obsahu včetně převzetí, šíření či dalšího zpřístupňování článků a fotografií je bez souhlasu MAFRA, a. s., zakázáno. Provozovatelem serveru iDNES.cz je MAFRA, a. s., se sídlem
Karla Engliše 519/11, 150 00 Praha 5, IČ: 45313351, zapsaná v obchodním rejstříku vedeném Městským soudem v Praze, oddíl B, vložka 1328. Vydavatelství MAFRA, a. s., je členem koncernu AGROFERT.