Nově stabilizovaný materiál Fcc-uhlík dostal název na základě své plošně centrované krychlové krystalické mřížky (z anglického face-centered cubic crystal lattice). Jak uvádějí vědci v tiskové zprávě, povedlo se jim něco, o čem se mnoho dekád spekulovalo, a ačkoliv byl tento materiál pozorován, nepodařilo se objasnit jeho neobvyklou krystalickou mřížku ani ho stabilizovat jako samostatnou formu uhlíku.
To se však změnilo díky objevu, na kterém se podíleli odborníci Fakulty elektrotechnické ČVUT, Technické univerzity v Berlíně, výzkumného centra Helmholtz-Zentrum Berlin a společnosti Element Six GmbH. Výsledky zveřejněné v časopise Communications Materials z vydavatelství Nature tak lidstvo přibližují k příchodu tzv. uhlíkové elektroniky. Podle odhadu vědců bychom se mohli dočkat prvního reálného nasazení za asi deset let.
„Tento nový materiál by měl být právě i díky svému ultraširokému zakázanému pásu (prázdná vrstva v elektronovém obalu atomu, která se nachází mezi valenčním a vodivostním pásem a je součástí izolantů, pozn. red.) schopen pracovat při vysokých teplotách, frekvencích či napětích, což činí standardním polovodičům na bázi křemíku obtíže. Zároveň si ale fcc-uhlík udržuje vodivost srovnatelnou s těmito běžně používanými polovodiči,“ popisují vědci schopnosti nově stabilizované formy uhlíku.
Dále uvádějí, že na tomto materiálu je také pozoruhodné, že se pro své vlastnosti nemusí dopovat. Do některých materiálů se totiž běžně přidávají další složky, aby došlo ke zlepšení jejich polovodivých vlastností. Fcc-uhlík je tak prvním vlastním polovodičem s ultraširokým zakázaným pásem.
Od objevu k průmyslovému nasazení to však bude ještě nějakou dobu trvat. „Vzhledem k rozmachu umělé inteligence v oboru materiálových věd lze očekávat, že na trh by se tato zařízení mohla potenciálně dostat přibližně za deset let,“ odhadují vědci. Nyní plánují založit konsorcium, které by se tomuto materiálu věnovalo na evropské úrovni. Zapojit by se měly jak univerzity, tak průmysloví partneři.
Ani samotný výzkum skupiny vědců, mezi nimiž jsou i doc. Antonio Cammarata, Dr. Andrey Bondarev a prof. Tomáš Polcar z katedry řídicí techniky Fakulty elektrotechnické ČVUT, se přitom neobešel bez překážek. Vše začalo už v říjnu 2020, ale kvůli pandemii se muselo několik experimentů odložit. Impulzem k této vědecké práci byla záhada, kterou přinesla experimentální data společnosti Element Six GmbH.
„Jak může uhlík zformovat materiál s vysokým koordinačním číslem (souvisí s poskytováním elektronových párů centrálnímu atomu dalšími částicemi, pozn. red.), velmi širokým zakázaným pásem, a přitom být stále vodivý,“ ptali se tehdy vědci. Čím širší je zakázaný pás, tím větší jsou izolační vlastnosti prvku.
Vyřešení této otázky tak pro ně bylo výzvou, kvůli níž se dle doc. Cammaraty museli naučit pracovat s novými simulačními technikami i teoriemi a počítat i s neobvyklými fyzikálními jevy, které se u uhlíku nepředpokládají.