Vědci z ČVUT a Německa objevili nový materiál z uhlíku, může nahradit polovodiče

Existenci nového materiálu z uhlíku potvrdili vědci z Českého vysokého učení technického (ČVUT) a německých institucí. Vyznačuje se vysokou vodivostí a současně má vlastnosti izolantu. Nově objevený materiál by mohl v budoucnu nahradit běžně používané polovodiče, jako je například křemík. Univerzita o tom dnes informovala v tiskové zprávě.

Několik dekád se spekulovalo o existenci čtvrté modifikace uhlíku, která by se od diamantu, grafitu a karbynu lišila strukturou. Doposud ho vědci pozorovali, ale nedokázali ho stabilizovat jako samostatnou formu uhlíku, což se povedlo výzkumníkům nyní. Nový materiál, označovaný jako fcc-uhlík, má podle univerzity mimořádnou kombinaci vysoké elektrické vodivosti. Také se vyznačuje takzvaným ultraširokým zakázaným pásem v elektronovém obalu atomu, který je však typický zejména pro izolanty. Čím širší je, tím lépe by měl prvek izolovat.

Tento nový materiál by měl být právě i díky svému ultraširokému zakázanému pásu schopen pracovat při vysokých teplotách, frekvencích či napětích, což činí standardním polovodičům na bázi křemíku obtíže.

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. Využití materiálu v praxi bude ale podle školy trvat přibližně ještě deset let.

Vědci ve výzkumu plánují nadále pokračovat. Chtějí mimo jiné založit konsorcium, které by se tomuto materiálu věnovalo na evropské úrovni. Zapojit by se měly jak univerzity, tak průmysloví partneři.

Výzkum započal v roce 2020, avšak kvůli pandemii covidu-19 museli vědci několik výzkumů odložit. Výsledky jejich bádání shrnuje publikace, která vyšla v červenci 2024 v časopise Communications Materials, které spadá pod vydavatelství Nature.

Na ČVUT vědec Antonio Cammarata začal ve spojitosti s výzkumem vyučovat pro studenty, kteří se chtějí zapojit do výzkumu materiálových věd, nové předměty. Mezi nimi jsou prvky atomistických simulací nebo výpočetní metody pro materiálové vědy.