Dnešní Nedělní speciál míří tentokrát na výsledky unikátního experimentu, které zveřejnil mezinárodní tým vědců ze Španělska, Číny, Německa a Česka. Mezi nimi byla i výzkumnice Andrea Konečná z Vysokého učení technického v Brně. Během výzkumu se totiž podařilo zobrazit a analyzovat terahertzové vlnění, které se šíří ve formě takzvaných plazmonových polaritonů podél tenkých destiček krystalu hessit. Pochopení tohoto principu otevírá mimo jiné cestu k vývoji nových komunikačních technologií. Práci otiskl prestižní časopis Nature Materials.

Vědci pracovali s hessitem tisíckrát tenčím než lidský vlas

Vědci pracovali s materiálem zvaným hessit, což je tellurid stříbrný. Ačkoliv se minerál vyskytuje i ve volné přírodě, pro účely experimentu jej připravili ve formě nanokrystalů odborníci z Fudanské univerzity v čínské Šanghaji. Použité vzorky byly tenké méně než sto nanometrů, tedy tisíckrát tenčí než lidský vlas.

Pomocí mikroskopu vybudili plazmony

Hessit má podle brněnské vědkyně z VUT velmi zajímavé vlastnosti. „Měřili jsme jeho optické vlastnosti, ovšem na velmi nízkých frekvencích, které člověk nemůže běžně vidět. V materiálu se nám podařilo pomocí speciálního mikroskopu vybudit takzvané plazmony, které vznikají díky odezvě vodivostních elektronů na světlo. V našem případě si plazmony si můžeme představit jako vlnění, které je lokalizované velmi těsně na povrchu nanokrystalu, a které umožňuje do tohoto speciálního materiálu fokusovat světlo na velmi nízkých frekvencích,“ popsala experiment Andrea Konečná.

Hessit se chová jako „špatný kov“

Hessit je zajímavý i tím, že se chová jako „špatný kov“. „Běžné kovy se ve všech směrech chovají stejně, například stejně vedou elektrický proud nebo právě světlo ve formě povrchových plazmonů. Naopak hessit se v každém směru chová trochu jinak. Když to řeknu s nadsázkou, světlo se v něm dá „pokřivit“ v závislosti na tom, jak materiál například natočíte nebo jak na něj svítíte,“ vysvětlila výzkumnice.

Prokázali potenciál kovu měnit vlastnosti

Vědcům se podařilo u kovu vůbec poprvé experimentálně prokázat takzvanou anizotropii, tedy potenciál měnit vlastnosti určité veličiny podle volby směru. Z výzkumného hlediska jde o velmi zajímavou možnost. „Představte si, že do vody hodíte kámen – vlny se pak budou šířit rovnoměrně do všech směrů a na hladině vytvoří soustředné kružnice. Zkoumaný materiál se ale choval tak, že jsme pozorovali elipsy: v jednom směru se povrchové plazmony šířily na menší vlnové délce, v dalším na větší. A dá se dosáhnout i případů, kdy se v jednom směru nebudou šířit vůbec. Pokud budeme tento mechanismus dokonale znát, můžeme s tím dále pracovat,“ řekla Konečná.

Výsledky výzkumu nabízejí příslib využití v praxi

Výsledky unikátního experimentu nabízejí podle vědkyně příslib využití v praxi, byť vědci zatím stále pracují na základním výzkumu. „Slibné je zejména terahertzové vlnění, což je technologicky významná oblast spektra zajímavá pro vývoj komunikačních technologií. Mluvíme-li o terahertzích, jde o třikrát rychlejší vlnění než gigahertz, který používají dnešní technologie například v počítačích. Vlnění by bylo možné využít i ke zkoumání základních vlastností materiálů v nanoměřítku, potenciál pro případné využití zde tedy je. Zatím jsme nicméně na začátku a snažíme se vůbec pochopit, jaké vlastnosti materiál má, případně jak ho vylepšit,“ dodala brněnská vědkyně.