Cena Bedřicha Hrozného za tvůrčí počin pro MFF UK

V rámci slavnostní ceremonie k 666. výročí založení Karlovy Univerzity v Karolinu byly předány dvě Ceny Bedřicha Hrozného za tvůrčí počin. Jedna z cen putovala i zástupci MFF UK doc. Petru Němcovi, a to za mimořádné objevy v oblasti optospintroniky.

Oceněný tým se skládal celkem ze sedmi vědců: Doc. RNDr. Petr Němec, Ph.D., Tomáš Jungwirth, Ph.D. Ing. Vít Novák, CSc., Prof. RNDr. Petr Malý, DrSc., Doc. RNDr. František Trojánek, Ph.D., RNDr. Eva Schmoranzerová-Rozkotová, Ph.D., a Mgr. Kamil Olejník, Ph.D.

Základní principy a význam objevu nám v rozhovoru přiblížil doc. Petr Němec.

Cenu jste získal za objevy spadající do oblasti nově formovaného oboru optospintroniky, které byly publikovány v prestižních mezinárodních časopisech. Jak by se jednoduše dal popsat Váš týmový objev?

Naše práce kombinuje fotoefekt, což je jeden ze základních jevů v polovodičové optoelektronice, s jevy spin-transfer-torque a spin-orbit-torque, které jsou klíčové pro obor spintroniky a magnetických pamětí. Námi objevené nové fyzikální jevy umožňují měnit magnetický stav látek optickými pulsy na ultrarychlé (sub-pikosekundové) časové škále.

Médii proběhl váš objev zhruba před rokem, co se od té doby změnilo?

Náš předchozí výzkum se věnoval zejména studiu feromagnetického polovodiče (Ga,Mn)As, který je velice zajímavým modelovým materiálem, ale bohužel je ve feromagnetickém stavu pouze za nízkých teplot. V současné době se zaměřujeme zejména na studium materiálů, které jsou magneticky uspořádané i za pokojové teploty a které tak mají potenciál pro konstrukci reálných součástek.

Můžete připomenout potenciál objevu pro budoucí aplikace?

Námi objevené fyzikální jevy mohou být využity pro optimalizaci rychlosti zaznamenávání informací v magnetických operačních pamětech typu MRAM, které by mimo jiné umožňovaly konstrukci počítačů s možností okamžitého zapínání a vypínání. Tento typ součástek je již v současné době komerčně dostupný, ale pro dosažení širší aplikovatelnosti je ještě nezbytná jejich optimalizace.

Jak starý obor je spintronika a jak vypadá praxe v takovém oboru?

Existence spinu elektronu je známa již přibližně 100 let, ale jeho využívání je teprve v počátcích. První komerčně dostupnou spintronickou součástkou byla v roce 1997 čtecí hlava v pevných discích počítačů využívající fyzikální jev nazvaný Gigantická magnetorezistence, za který byla v roce 2007 udělena Nobelova cena za fyziku. Jako druhé byly v roce 2007 na trh uvedeny magnetické počítačové paměti typu MRAM, které jsou stejně rychlé jako běžně používané paměti typu DDRAM, ale na rozdíl od nich je tam informace uchována i po odpojení napájení. U pamětí MRAM je ale v současnosti problémem jejich malá kapacita, jejíž zvýšení vyžaduje další miniaturizaci.

Co vše se zkoumá na Katedře chemické fyziky a optiky MFF UK?

Jako na většině kateder MFF UK se i nás studuje mnoho témat. Na našem oddělení Kvantové optiky a optoelektroniky se věnujeme zejména materiálovému výzkumu pomocí optické spektroskopie, přičemž hlavní pozornost věnujeme zejména studiu dynamiky elementárních excitací pomocí ultrarychlé laserové spektroskopie.

Můžeme říct, že myšlenka tohoto výzkumu vzešla z MFF UK?

Na tomto výzkumném projektu se od samého počátku podílelo několik pracovišť z České republiky i ze zahraničí. Naprosto zásadní při něm byla spolupráce se skupinou Tomáše Jungwirtha z FZÚ AV ČR, díky které jsme měli přístup ke vzorkům nejvyšší kvality. Ale opravdu je možné říci, že klíčovým faktorem pro objevení těchto nových fyzikálních jevů byly námi provedené experimenty. Vzhledem k naší specializaci jsme se od začátku zaměřili na studium vlastností (Ga,Mn)As pomocí experimentálních metod dosahujících vysoké časové rozlišení. Díky detailnímu pochopení magneto-optické odezvy tohoto materiálu se nám podařilo vyvinout novou experimentální metodu, která umožňuje z naměřených magneto-optických dat provést kompletní 3-dimenzionální rekonstrukci změny směru a velikosti magnetizace vyvolané dopadem femtosekundového laserového pulsu. To nám umožnilo experimentálně zjistit, že dopad ultrakrátkého laserového pulsu může vyvolat velice rychlou (sub-pikosekundovou) změnu směru magnetizace. Následné fyzikální pochopení příčin tohoto jevu pak bylo dílem zejména teoretiků z FZÚ.

Jak vypadala spolupráce s týmem FZÚ AV ČR?

Od našich partnerů z FZÚ jsme měli k dispozici unikátní sadu vzorků (Ga,Mn)As, kterou pomocí epitaxe z molekulárních svazků připravil Vít Novák a další kolegové. Na fyzikální interpretaci naměřených dat jsme pak spolupracovali s teoretickou částí jejich skupiny vedenou Tomášem Jungwirthem. V závěrečné části projektu jsme pak studovali mikrostruktury připravené pomocí¨litografie Kamilem Olejníkem. Tato vzájemná doplňkovost našich profesních zaměření se nakonec ukázala být natolik užitečná, že jsme v roce 2011 založili Laboratoř opto-spintroniky, jakožto nové společné pracoviště MFF UK a FZÚ AV ČR.

- OMK-