Deset let práce k magnetické revoluci

Má za sebou šíleně hektické měsíce. Měsíce plné úspěchů. Pětatřicetiletý Libor Šmejkal je fyzikem, který se zabývá takzvaným altermagnetismem. Loni v listopadu obdržel v Berlíně za své objevy cenu Falling Walls 2023 Science Breakthrough in Physical Sciences a je jedním z klíčových autorů studie, jež 14. února vyšla v prestižním časopise Nature, který přináší jen zásadní pokroky ve vědě a výzkumu.

Týmu, v němž figuruje i několik Čechů a Slováků, se nyní podařilo experimentálně prokázat to, co Šmejkal s profesorem Tomášem Jungwirthem teoreticky předpověděli už před asi pěti lety: ke dvěma posledních sto let známým větvím magnetismu (feromagnetické a antiferomagnetické) přidali nově i třetí!

Třetí typ nazvali v pracích z roku 2021 altermagnety. A pokračovali až k jejich reálnému ověření, což se podařilo na krystalech teluridu manganatého. Šikovně si na něj ve složitém zařízení – ve švýcarském synchrotronu – „posvítili“ a získali zjevný důkaz, že měli pravdu, ačkoliv se to řadě expertů zdálo zcela nemožné.

Zájem high-tech firem? Je

Vědci navíc identifikovali více než dvě stě dalších materiálů, které kandidují na altermagnety s potenciálně velmi zajímavými vlastnostmi. „Před deseti lety bylo pro nás s Tomášem (Jungwirthem) hlavní motivací, jak vymyslet paměti, které by byly rychlejší a nebyly založeny na konvenčních feromagnetech, ale na něčem, co nemá magnetické pole. To by umožnilo, aby paměti byly mnohem rychlejší a daly se i přepínat s daleko nižší energetickou náročností. To byla naše vize. A magnety, jež se nám podařilo objevit, vlastně mají přesně ty vlastnosti, které jsme hledali,“ řekl týdeníku Euro nadšeně Libor Šmejkal, jenž působí na Gutenbergově univerzitě v Mohuči, ale i v pražském Fyzikálním ústavu Akademie věd ČR. Během deseti let se podařilo urychlit celý proces – od teoretického konceptu přes nezbytné výpočty až k návrhu materiálu, jeho laboratorní výstavbě a také k jeho měření. Další v pořadí by pak měla být spolupráce s průmyslovými partnery.

Mají high-tech firmy zájem? „Na konferencích nás už i kontaktovaly, ale nemohu je jmenovat,“ směje se sympatický Libor Šmejkal, který si užívá revolučního úspěchu. Ohlasy jsou četné a kladné; ani přísní a na kvalitu nároční vědci nešetří superlativy. Jan Konvalinka, někdejší prorektor Univerzity Karlovy pro vědu a výzkum, práci komentoval na sociálních sítích takto: „Objev nového typu magnetismu je zářez, za který by ta Nobelova cena jednou opravdu být udělena mohla. Tomáš Jungwirth a jeho tým z Fyzikálního ústavu AV ČR dokázali velkou věc.“

Z Brna za světovým školitelem

Jmenovaný Jungwirth patří (i se svým bratrem Pavlem) k nejlepším a nejcitovanějším českým vědcům. Rozvíjí moderní obor takzvané spintroniky a získává nejvýběrovější granty v Evropě – již dvakrát získal pokročilý grant Evropské výzkumné rady (ERC)! Jak se Libor Šmejkal do takového týmu dostal?

Pochází z rodiny očních optiků, odkud je k fyzice na dohled. Po absolvování Mendelova gymnázia v Opavě (kdy již exceloval v mezinárodních soutěžích mladých fyziků) vystudoval Masarykovu univerzitu v Brně. A tam se věnoval jak teoretické, tak experimentální fyzice. Bavilo jej jít od idejí k prověřování.

Ale kam zamířit s „magistrem“ dál? Kam na doktorát? „Měl jsem jasnou představu dělat co nejvíce fundamentální fyziky s aplikacemi. Hledal jsem si proto systematicky ty nejlepší skupiny na světě… A najednou koukám, že jedna taková, kterou vede Tomáš Jungwirth, je nejen v Nottinghamu, ale také v Praze!“ vzpomíná Šmejkal.

Sehnal si kontakt od jiného profesora, který se smál, že taková světová superstar nebude asi zvědavá na kluka z Brna. „Do telefonu říkám: Tady Libor, chtěl bych u vás dělat doktorát. Přijel jsem za Tomášem, probrali jsme témata a sedli si i po lidské stránce,“ vzpomíná Šmejkal na společné začátky, jež přinesly tak parádní výsledek. K němu jsou ve vědě potřeba i skvělí spolupracovníci.

Když jel Libor Šmejkal do světa na zkušenou, dostal se shodou okolností též k profesoru Jairu Sinovovi do Mohuče, načež pak na cestách mezi Německem a Prahou rozvíjel společné nápady k alter­magnetismu. A loni se domluvili s Jurajem Krempaským, takzvaně prvním autorem studie v časopise Nature, že mate­riál s altermagnetickým potenciálem „proženou“ urychlovačem, synchro­tronem ve Švýcarsku.

Zcela nové výzkumné směry

Výsledek známe. „Po prvních předpovědích a s rychle rostoucím celosvětovým zájmem o altermagnetismus jsme věděli, že je jen otázkou času, kdy budou provedeny první přímé experimentální důkazy. Jsme rádi, že jsme mohli být koordinátorem této úvodní práce, již jsme uskutečnili s kolegy z českých, švýcarských, rakouských, německých a britských laboratoří,“ uvádí Jungwirth. Dle něj objev nastartuje nové směry výzkumu fyzikálních a materiálových principů vysoce škálovatelných a energeticky úsporných IT součástek.

„Mám radost, když vidím, že stovky a tisíce lidí už pracují na našich tématech. A největší radost by mi udělalo, kdyby se i naše nové magnety podařilo časem dostat do nějakých technologií,“ plánuje Šmejkal, který sklízí pocty a pochvaly. Už v roce 2020 dostal cenu Siemens za skvělou dizertaci, před třemi lety i Českou hlavu v kategorii Doctorandus.

K tomu přicházejí i mediální ohlasy. Mezinárodní. Pobavilo jej zvláště, když si dítko jedné z kamarádek nedávno hrálo s magnety, přičemž to komentoval manžel-otec, že zrovna četl zajímavý článek o magnetismu v časopise The Economist… Jaké bylo její překvapení, že tím citovaným byl právě rodině známý Libor! Přestože se již stal zručným popularizátorem vědy (na vyhlášení soutěže Falling Walls přivedl dva tanečníky jako spiny magnetů, video je ke zhlédnutí na YouTube a stojí za vidění), zůstává věrný vědě.

Libor doplňuje: „Už pár let jsem neměl dovolenou. Relaxuji při lyžování v Rakousku, protože při rychlé jízdě – stejně jako na německé dálnici cestou tam – se musím soustředit a na chvíli vypnu. Ale víte, jak to bylo s Beatles? Po dokončení alba šli do studia točit nové!“