„Nejdůležitější a nejzajímavější vědecké objevy jsou ty, které nelze předvídat.“ (Pjotr Kapica) V 19. století objevil německý fyzik Georg Simon Ohm (1780–1854) všeobecně známou zákonitost, že odpor elektrického proudu závisí na délce, průměru a materiálu použitého vodiče. Proud procházející vodičem je přímo úměrný napětí mezi konci vodiče a nepřímo úměrný elektrickému odporu vodiče. Proto se od té doby snaží elektrotechnici minimalizovat v elektrických obvodech ztráty způsobené odporem. K prvnímu vědeckému zlomu došlo v této oblasti v roce 1911, kdy nizozemský fyzik, „gentleman absolutní nuly“, Heike Kamerlingh Onnes (1853–1926), objevil jev známý jako supravodivost. Tehdy jistě netušil, že tento fenomén bude vysvětlen až v roce 1957, kdy se objevila první uspokojivá teorie supravodivosti, tzv. teorie BCS (podle počátečních jmen fyziků, kteří ji vytvořili – Bardeen, Cooper, Schneffer). V okamžiku, kdy teplota určitých vodičů klesne pod přechodovou (kritickou) teplotu, klesne jejich elektrický odpor náhle k nule. Mezi 26 prvků, které disponují podobnými vlastnostmi za normálního tlaku, patří například rtuť, cín, olovo, niob, vanad, tantal, zinek, kadmium, hliník aj. Obvykle se dnes udává, že ze 103 stabilních prvků je 55 supravodivých, některé z nich však až při vysokém tlaku. Samostatnou kapitolu představuje vysokoteplotní supravodivost keramických materiálů. Použití supravodičů však není nijak snadnou záležitostí; aby bylo dosaženo zamýšleného účinku, musí se teplota materiálu blížit hodnotě absolutní nuly (0 kelvinů). A aby se požadované hodnoty podařilo docílit, musí být vodič chlazen kapalným heliem (4 K) nebo u nově vyvinutých keramických oxidových materiálů i pomocí zkapalněného dusíku (teploty kolem –200 °C). Při samotném chlazení je však zapotřebí více energie než při použití běžných vodičů. Dalším problémem se stala skutečnost, že supravodiče jsou velmi citlivé na okolní elektrický proud. Snem již několika generací fyziků je dosažení stavu supravodivosti vyznačujícího se nulovým elektrickým odporem za pokojové teploty. Ačkoliv již několikrát ohlášené, je zatím podle všeho v nedohlednu. Na novém objevu vědců z čínských a amerických výzkumných organizací (Carnegie Institute for Science) je zajímavé, že když už se podařilo supravodivosti dosáhnout, tak ne u „normálního“ kovového prvku, ale u polovodičového prvku germania (v krystalické i amorfní fázi), nacházejícího se v periodické tabulce pod křemíkem, s nímž sdílí řadu vlastností (Mendělejevovo eka-silicium z roku 1870). Elementární germanium poprvé izoloval 6. února 1886 při analýze vzácného minerálu argyroditu saský chemik Clemens Alexander Winkler (1838–1904), profesor anorganické chemie na Technické univerzitě báňské ve Freibergu. Ten jej na počest své vlasti Německa nazval germanium. Podařilo se mu vyrobit asi 150 g tohoto prvku, ale jak to v podobných případech bývalo, ani on, ani jeho kolegové a současníci netušili, k čemu by tato nová látka mohla být. Cesta germania ke své slávě strategické suroviny nebyla lehká, za to byla plná zajímavých aplikací. Po zjištění, že mění fyzikální vlastnosti některých kovů, stalo se výjimečným tavidlem například zlata (teplotu jeho tání dokáže snížit zhruba na třetinu), začalo se čisté germanium používat k výrobě klenotnických pájek. Bohužel jeho cena bývala vyšší než cena některých ve šperkařství používaných drahých kovů. Také se ukázalo, že germanium může fungovat, zjednodušeně řečeno, jako generátor, který mění tepelnou energii na elektrickou. Jednoduché germaniové generátory nasazené na cylindr petrolejové lampy mění teplo plamene v elektrický proud, který využívali zejména obyvatelé Sibiře jako zdroj energie pro poslech rádia. Během 2. světové války používali sovětští partyzáni germaniové kotlíky, ve kterých stačilo ohřát na ohni vodu na čaj, aby poskytovaly elektrickou energii pro provoz vysílačky. Výrazný vzestup tohoto polovodiče všude tam, kde se dříve obvykle nasazovaly vakuové diody (elektronky), přišel s výrobou kontaktů v tzv. Schottkových diodách (pojmenovaných podle německého fyzika W. Schottkyho), využívající usměrňovacích účinků styku polovodiče a kovu. Svými parametry jsou předurčeny k využití v extrémně rychlých spínacích obvodech v radarových zařízeních (za války obranných radarů), výpočetní technice aj. S využitím objevu supravodivosti germania za pokojové teploty to ovšem tak snadné nebude, protože postup bohužel vyžaduje pro změnu extrémní tlak – sdělení ve Physical Rewiew Letters uvádí, že v prvním kroku jde o 66 GPa. Tehdy germanium získá vlastnosti kovu a stane se vodivým, ovšem „normálně“. Po dalším zvýšení tlaku na 90 GPa pak dojde k další změně struktury (fázovému přechodu) a materiál ztratí elektrický odpor. Supravodivost za těchto podmínek způsobují fonony, tj. kolektivní vibrace v krystalické struktuře materiálu (fon je tzv. kvazičástice, pomocí které se v krystalu mimo jiné šíří i zvuk). Obrovský tlak byl dosažen pomocí vodíku. Supravodivá fáze má oproti normálnímu germaniu jiné fyzikální vlastnosti – mj. větší hustotu. Zajímavé je, že většinu vlastností stlačeného germania se podařilo odvodit už pomocí teoretických předpokladů a počítačových simulací a experimentálně je potvrdit až dodatečně. Bohumil Tesařík
