Jak to vidí

Vladimír Cháb: Předěl mezi dvěma světy

Okno obývacího pokoje, kde obvykle snídám, poskytuje výhled na krajinku se starou břízou. Utěšený obrázek, který se mění s ročním obdobím, sluncem, počasím. To co mě odděluje od zbytků přírody, je materiál, který lidstvo provází už po několik tisíciletí – sklo.

Nevěřící okno (ilustrace: Barbora Togel)

Nevěřící okno (ilustrace: Barbora Togel)
Nevěřící okno (ilustrace: Barbora Togel)

Sklo je hmota výjimečných vlastností. Dává mi možnost zaujmout pozici nerušeného pozorovatele. Obrázky břízy prostupují sklem a já je mohu ukládat do paměti v takové podobě, jako bych stál před domem, přímo pod stromem. Isoluje mě od nepřízně počasí a zároveň slunečnímu záření umožňuje průchod do pokoje. Soubor fotonů prostoupí sklem tvořeným sloučeninou SiO₂. Sklo je průhledné, nezkresluje pohled do vnějšího třírozměrného světa. Vnímáme jej tak, jak nám dovoluje zděděná genová informace, která se vyvinula při přeměně našeho osrstěného předka v Homo sapiens.

Atomy jsou fascinující, zdaleka nejen díky energii, kterou můžeme získat při štěpení jejich jader. Snaha využít všechny vlastnosti atomu vede lidi k vytváření součástek, funkčních materiálů, látek s novými vlastnostmi. Pokud se nám podaří redukovat počet atomů na minimum, je možné jim vnutit určitý typ společného chování, vytvořit z nich jakýsi orchestr. Dostáváme se tak na úroveň hmoty, ve které platí zaklínací formule obsahující slovíčko nano. Běžné materiály, které jsou obvykle spíše na obtíž, jako třeba saze, v ní dostávají svou novou nano-podobu, ve které mohou zastupovat tištěné spoje nebo transistor.

Vzdálenosti mezi atomy se pohybují v rozměrech 10^-10 m. Libovolné nanoobjekty, složené z desítek nebo stovek atomů, tudíž kladou na běžného občana značné nároky, co se týče představivosti a fantazie. Člověk už není v roli apoštola Tomáše, který uvěřil, až když uviděl na vlastní oči. Stojí mezi ostatními věřícími, kteří neviděli, a přesto uvěřili. Novodobí apoštolové vědy však nečekají na zjevení, vynalézají nástroje, které jim dovolí pohybovat se v podivném, miniaturním kvantovém světě.

V kvantovém světě neexistuje před a po, před a za, včerejšek a dnešek, není příčiny a následku, alibi o setrvání v určitém čase na určitém místě, vše se vymyká našemu selskému rozumu. My žijeme ve světě se třemi rozměry. Jsme ponořeni do plynoucího toku času. Rychlost technického rozvoje podstatně převyšuje dobu prvé technické revoluce. Na trhu jsou zařízení, která nám umožňují manipulovat s jednotlivými atomy. Používáme mikroskopy, které zobrazují síly v jedné chemické vazbě nebo elektrický proud tekoucí mezi dvěma atomy. Pomocí počítače tvoříme virtuální reality. Bez nich je dnes ostatně výzkum a technický pokrok nemožný. Každé měření nebo výroba věcí v měřítku nano musí být doplněna virtuální simulací, napodobením dějů a procesů, které jsou jádrem pozorovaného průběhu fyzikálních veličin nebo funkce výrobku.

Model uspořádání 2D skla na vrstvě grafenu (zdroj: pubs.acs.org/NanoLett)

V roce 1932 na základě měření pomocí rentgenového záření Zacharias určil uspořádání atomů Si a O v objemu okenních tabulek. Malé tetraedry sloučeniny SiO2 jsou vzájemně pospojovány tak, že po několika opakování v prostoru ztratí svou původní orientaci a struktura skla se pak podobá ztuhlé kapalině. To nám nakonec v kombinaci s dalšími fyzikálními parametry otevře pohled na starou břízu.

V roce 2013 se při snaze o průmyslovou produkci grafénu podařilo vytvořit i dvourozměrné sklo. Vznikla nová okenní tabulka o tloušťce několika nanometrů. Pouhým okem ji nespatříte. Žádné okno s ní nezasklíte. Nedokáže stát sama o sobě, jen leží na vrstvě grafenu. Pohled do transmisního elektronového mikroskopu vám ukáže uspořádání atomů, tak jak byly zakresleny do roviny papíru kolegou Zachariasenem.

Co ale s takovým dvourozměrným sklem? Asi patří do kategorie tak zvaných produktů „do šuplíku“. Použije se, až přijde jeho čas. Podle mě však v podstatě splňuje hlavně funkci starého dobrého skla. Tvoří okno, předěl mezi dvěma světy, které jsou pro nás smrtelníky nedostupné. Jeden je tvořen kvantovým světem, který známe jen deformovaný našim zkoumáním, a druhý virtuálním světem, který jsme si vytvořili, abychom dokázali, že existuje skutečnost.

Vladimír Cháb je vedoucím vědeckým pracovníkem Oddělení tenkých vrstev a nanostruktur ve Fyzikálním ústavu Akademie věd ČR. Vystudoval Fakultu jadernou a fyzikálněinženýrskou ČVUT. Při své práci se zabývá fyzikou povrchů a aplikacemi synchrotronového záření. Je přispěvatelem časopisu Vesmír.