Sciencemag.cz
Related Articles
Informaci lze zapisovat opakovaně a buňka udrží svou paměť po dlouhou dobu.
Vladislav Pokorný, fyzik z Fyzikálního ústavu AV ČR, je spoluautorem studie, která získala prestižní cenu ACS Nano Impact Award 2026. Vědcům a vědkyním se v ní podařilo z jednotlivých molekul sestavit na povrchu supravodiče miniaturní paměť.
Kam až se dá zmenšit paměť počítače? Dnešní čipy ukládají každý bit do struktur tvořených tisíci atomy. Mezinárodní tým fyziků a fyziček nyní dosáhl pozoruhodného výsledku: jeden bit informace dokázali uložit do polohy jediného elektronu uvnitř soustavy pouze čtyř molekul.
Tuto polohu, a tedy uloženou hodnotu „0“ nebo „1“, dokáže hrot rastrovacího tunelového mikroskopu opakovaně přepínat, aniž by soustavu poškodil. Na výsledku, který redakce časopisu ACS Nano zařadila mezi nejvlivnější práce uplynulého roku, se vedle chemiků z Bernu a experimentátorů z Basileje podíleli i teoretici z Univerzity Karlovy a Akademie věd ČR.
ACS Nano patří ke špičce světových časopisů v oboru nanovědy. Cenou ACS Nano Impact Award redakce každoročně vyznamenává jen hrstku studií, které svým objevem nejvýrazněji pohnuly celým oborem.
O co ve výzkumu šlo
Vědci pracovali s organickou molekulou, která nese jeden nepárový elektron navíc. Takové molekuly se označují jako radikály – a právě tento nepárový elektron z nich dělá nepatrný magnet. Vědci a vědkyně je ukládali jednu po druhé na povrch supravodiče, tedy materiálu, který za nízkých teplot vede elektrický proud zcela bez ztrát.
Právě vzájemná souhra mezi supravodivostí a magnetickým momentem molekul vede často k zajímavému a netriviálnímu chování, kterému se věnuje obor nanoskopické supravodivosti. K manipulaci s jednotlivými molekulami posloužil rastrovací tunelový mikroskop, jehož velmi ostrý hrot se po povrchu pohybuje s přesností na atomy a dokáže molekuly nejen zobrazit, ale i přemisťovat.
Malou změnou polohy hrotu a napětí na něm pak lze molekulu, případně celý řetízek molekul, přepnout mezi dvěma stavy. Řetízek se tak chová jako jedna z nejmenších představitelných paměťových buněk, v níž uložená nula nebo jednička odpovídá nepatrné změně v poloze jediného elektronu.
Na rozdíl od předešlých, někdy i menších paměťových jednotek (např. tým z IBM dokázal uložit informaci do jediného atomu holmia), vykazuje velkou stabilitu. Informaci můžeme zapisovat opakovaně a buňka udrží svou paměť po dlouhou dobu. To je důležité pro potenciální využití ve výpočetních technologiích.
Význam české teorie
Měření probíhala v laboratořích ve Švýcarsku. Čeští teoretici ale sehráli klíčovou roli u vysvětlování pozorovaných jevů a navrhování vzhledu paměťové buňky. Vladislav Pokorný z FZU AV ČR a Martin Žonda z MFF UK jsou členové širší výzkumné skupiny, která se nanoskopické supravodivosti věnuje už víc než deset let. Za využití svých dlouholetých zkušeností sestavili model chování takového řetízku molekul a našli jeho řešení, které spolehlivě vysvětlilo všechny pozorované jevy.
Aby se k němu však dostali, museli nejdříve porozumět vlastnostem jediné molekuly. Potom zkoumali dvojici molekul a systematicky studovali jejich vzájemné působení. K experimentálním datům tak teoretici nakonec dodali podrobný obraz dějů na úrovni jednotlivých elektronů. Odhalili při tom procesy, jimiž se řídí souhra mezi supravodivostí a vzájemným ovlivňováním elektronů, a to jak uvnitř jedné molekuly, tak mezi molekulami v řetízku.
Teprve potom vědci dokázali pochopit složité chování krátkých řetízků a navrhnout, jak je využít jako paměťové buňky. K praktickému využití takových molekulárních pamětí vede ale ještě dlouhá cesta. Vědci musí vyřešit jak přenos informací mezi buňkami, tak dlouholetý problém, jak připojit takový molekulární spoj ke klasickým, o mnoho řádů větším elektrodám, které umožní propojení s běžnou elektronikou.
Individual assembly of radical molecules on superconductors: Demonstrating quantum spin behavior and bistable charge rearrangement
C. Li, V. Pokorný, M. Žonda, J.-C. Liu, P. Zhou, O. Chahib, T. Glatzel, R. Häner, S. Decurtins, S.-X. Liu, R. Pawlak, E. Meyer, ACS Nano 19, 3403 (2025).
