Vědci z Fakulty elektrotechnické ČVUT, Technické univerzity v Berlíně, výzkumného centra Helmholtz-Zentrum Berlin a společnosti Element Six GmbH oznámili objev, který může mít zásadní dopad v oblasti polovodičů. Podařilo se jim totiž prokázat existenci další modifikace uhlíku.
Vědci už dlouho tušili, že vedle známých forem uhlíku, jako jsou diamant, grafit a karbyn, by mohla existovat ještě další, dosud neobjevená modifikace. Hypotetická čtvrtá forma měla mít dle předpokladů unikátní krystalickou strukturu, ale dosud ji nikdo nedokázal stabilizovat a detailně prozkoumat.
Čtvrtá modifikace uhlíku
Nyní se podařilo potvrdit existenci čtvrté modifikace uhlíku týmu odborníků, mezi kterými jsou i vědci z Fakulty elektrotechnické ČVUT – konkrétně Antonio Cammarata, Andrey Bondarev a Tomáš Polcar. Tento objev může otevřít nové možnosti v oblasti polovodičů a materiálového inženýrství.
Fcc-uhlík, pojmenovaný podle své specifické krystalické struktury (plošně centrovaná krychlová krystalická mřížka, anglicky face-centered cubic crystal lattice), je nově objevená forma uhlíku s unikátními vlastnostmi. Vyznačuje se mimořádnou kombinací vlastností: vysokou elektrickou vodivostí a zároveň ultraširokým zakázaným pásem, který je charakteristický pro materiály se silnými izolačními schopnostmi.
Zakázaný pás je prázdná vrstva v elektronovém obalu atomu, která se nachází mezi valenčním a vodivostním pásem. Pro vedení elektrického proudu musí elektrony tento zakázaný pás překonat, proto čím je širší, tím lépe by měl prvek izolovat.
Polovodiče také využívají zakázaný pás, ale ten je u nich užší než u izolantů. Fcc-uhlík je však díky svému ultraširokému zakázanému pásu schopný fungovat i za extrémních podmínek, jako jsou vysoké teploty, frekvence nebo napětí, což je pro standardní křemíkové polovodiče problém. Přitom si udržuje vodivost srovnatelnou s běžnými polovodiči.
Uplatnění v elektronice
„V budoucnu by tak tento materiál mohl najít využití ve vysokovýkonové, vysokofrekvenční či vysokoteplotní elektronice. Díky svým vlastnostem by se mohl také potenciálně použít v radiofrekvenční elektronice, optoelektronice využívající hluboké ultrafialové záření, průhledné elektronice nebo kvantových přístrojích.“ uvádějí vědci na webu FEL ČVUT.
Sami objevitelé však konstatují, že ačkoli je objev fcc-uhlíku významným krokem vpřed, cesta k jeho praktickému využití v elektronice bude ještě dlouhá. Jeho aplikace v reálném světě může být otázkou až deseti let, což je částečně způsobeno nutností dalšího výzkumu a vývoje.
Dosavadní výsledky vědeckého bádání byly publikovány 2. července v odborném časopise Nature Communications Materials. Toto periodikum se zaměřuje na publikaci výzkumů z oblasti materiálových věd, a zahrnuje širokou škálu oborů od nanomateriálů po biomateriály a elektronické materiály.
Vědecké články v tomto časopise procházejí důkladným recenzním řízením, které zajišťuje nezávislé hodnocení odborníky z daného oboru. Tento proces je klíčový pro ověření kvality, originality a vědecké důležitosti publikovaných prací.
Zdroje: nature.com, fel.cvut.cz.