Návrat maseru

Bez laserů se dnes neobejde celá řada běžných a všedních technologií. Dnes už si to většina z nás nepamatuje, ale před tím, než lasery ve velkém vtrhly do našeho života, měly své předchůdce: masery. To jsou zařízení na stejném principu, která ovšem vysílají na jiných vlnových délkách. Písmeno M na začátku slova znamená, že jsou „mikrovlnné“ (na rozdíl od L jako „light“ – tedy světlo – v laseru). Nejdříve vznikly masery, a pomáhaly tak získat zkušenosti důležité pro vznik laserů. Ale potomek svého předka rychle přeběhl. Za prvé proto, že pro mikrovlny se přece jen nenašlo tak široké využití. Ovšem to je dáno do jisté míry i úrovní techniky. Masery sice vznikly před lasery, ale v porovnání s dnešními lasery jsou velmi nevýkonné a choulostivé. Používají se například při měření přesného času nebo k zesilování signálu z kosmických sond, včetně vozítka Curiosity, ale vyžadují chlazení na teplotu blízké absolutní nule. Britský fyzik Mark Oxborrow ovšem možná tenhle trend trochu změnil. Pomohla mu k tomu zapomenutá práce japonských kolegů, půjčené materiály, brouzdání po internetu a manželská neshoda. Ale od začátku: Oxborrow podle svých slov narazil před časem na deset let starou práci japonských fyziků. Ti bez většího zájmu publikovali zjištění o ozařování jisté organické sloučeniny laserem (šlo o pentacen, tj. obdélníkovou molekulu tvořenou 22 atomy uhlíku a 14 atomy vodíku). Výsledek naznačoval, že by látky mohla sloužit jako zdroj mikrovlnného záření, tedy jako základ maseru. Ale k praktické realizaci se autoři nedostali. Oxborrow se to rozhodl zkusit. Přesvědčil dva kolegy, aby mu pomohli, půjčil si nutné chemikálie a vypěstoval z nich krystal, který měl představovat srdce maseru. Krystal maseru (stejně jako laseru) bylo ale zapotřebí něčím „nabudit“. Jako zdroj záření posloužil vyřazovaný medicínský laser, který našel na serveru e-bay. Mělo to pracovat tak, že laser ozáří krystal, nabudí jeho elektrony, a ty pak na povel zafungují jako zdroj mikrovlnného záření. Důležité ale je, aby se to dělo účinně, jinak by pokus byl v podstatě k ničemu. Málo účinných maserů je řada. Sestava už byla několik dní připravená, ale Oxborrow prý neměl odvahu stisknout vypínač. Časopisu Nature řekl, že týmu se to zdálo příliš jednoduché. Situace se změnila po domácí neshodě s manželkou. Aby se uklidnil, vyrazil Oxborrow do laboratoře a v tomto rozpoložení se rozhodl riskovat a zařízení zapnul. Pracovalo hned napoprvé a signál z něj byl navíc neobyčejně silný, mnohonásobně silnější než u existujících maserů. Navíc bez kryogenního chlazení, při běžné pokojové teplotě. Také navzdory tomu, že Oxborrow (jak sám řekl) je špatný chemik a v prvním zařízení použitý krystal byl hodně nepovedený. Lepší by mohl zvýšit výkonnost nejméně trojnásobně, myslí si britský fyzik. A je velmi pravděpodobné, že se podaří nají i další šikovné triky na zvýšení účinnosti. Pokud to tak bude, vylepšené masery by mohly najít svoje uplatnění právě například v komunikacích na dlouhé vzdálenosti. Naše domluva s příští generací marsovských sond by mohla být o něco jednodušší. Vydrží počítačům paměť i bez proudu? Šest miliard dolarů ročně utratí americká ekonomika za elektřinu určenou k udržení údajů v pracovních pamětech jejich počítačů. Levnějšímu řešení jsou snad na stopě tým vědců z Jižní Korey a USA. Objevili skupinu organických látek, které by mohly sloužit ke skladování informací i bez proudu. Počítače už dnes mají samozřejmě i trvalou paměť, obvykle tzv. pevné disky. Na nich se informace ukládají jako krátké úseky různé magnetické orientace na disku. Jedničky a nuly jsou jako střelky kompasy mířící buď na jih, nebo sever. Magnetická orientace vydrží trvale. Paměť RAM, kterou počítač používá při pracovních úkonech, ovšem tvoří tranzistory v okruhu. Bez elektřiny se neobejde, a když tedy vypnete počítač v nevhodnou chvíli, o všechny údaje přijdete. Existují i jiné trvalé paměti, které by mohly sloužit jako pracovní paměť počítače, ale jsou příliš drahé, rozměrné nebo mají jiné nevýhody. Materiál, který by to snad mohl změnit, vznikl prý šťastnou náhodou, řekl časopisu Science vedoucí týmu Samuel Stupp ze Severovýchodní uni verzity v Illinois. Jeden z jeho studentů měl za úkol přijít na způsob, jak spojit jisté uhlíkové sloučeniny do řetězce. Když se mu to díky spolupráci s jihokorejským kolegou po dlouhém snažení podařilo, zjistil, že výsledek je lepší než čekal: látka byla feroelektrická. To znamená, že jedna část materiálu má kladný náboj, druhá záporný. V elektrickém poli se dá postavení nábojů změnit. Feroelektrické materiály jsou známé dlouho a některé se používají i v počítačích. Ale jde hlavně o anorganické materiály. Organické sloučeniny mají tuto vlastnost obvykle jen při nízkých teplotách. Nový materiál je stálý i při pokojové teplotě. Spontánně vytváří dosti stabilní krystaly s dlouhými řetězci molekul. Základem je spolupráce dvou molekul, z nichž jedné elektron přebývá a druhé chybí. Ty zaujmou postavení, ve kterém se o tento jeden elektron podělí, a zachovají si jen slabší vazby na další molekuly v okolí. Vznikne řetěz pevně semknutých párů oddělených od dalšího páru širší mezerou. Pravidelné uspořádání vede k tomu, že celý materiál je feroelektrický s celkovou elektrickou orientací v jednom směru. V elektrickém poli s opačně orientovanými póly se ovšem molekula odtáhne od partnera ve svém páru a přitáhne se k sousedovi z druhé strany, který má také o elektron méně nebo více. To udělají všechny, a tak se změní celková elektrická orientace. Úplně stejně by se v počítači mohla nula přepsat na jedničku. Ale to předbíháme. Vědci mají ještě spoustu práce: například zjistit nejvhodnější podobu použitých molekul, zajistit jejich trvanlivost a dobré výkony za běžných teplot a ověřit, že jsou snadno a levně vyrobitelné. To poslední bývá u organických molekul pravidlem, odtud naděje, že systém by mohl být konkurenceschopný a také ekonomicky zajímavý. Ale úspěch není jistý. Kandidáty na trvalé pracovní paměti pro počítače vyvíjí celá řada týmů.