Srpen 2006

Muž, který zrychluje počítače

Nora Grundová

V zahradě plné rozkvetlých keřů před budovou jak z Cesty do hlubin študákovy duše nás čeká nesmělý muž. Letos mu je čtyřicet, vypadá o deset let mladší, je drobný, obrýlený a za každých okolností se jeví tichý a soustředěný. Je to jeden z nejvýznamnějších fyziků v České republice a budoucnost možná ukáže, že i na celém světě. Tomáš Jungwirth, pracovník Fyzikálního ústavu AV ČR a zároveň profesor University of Nottingham. Držitel Ceny Akademie věd ČR za projekt Feromagnetismus a nové spintronické objevy v polovodičích, který, jak napsal renomovaný americký časopis Physical Review Letters, je jedním ze zásadních objevů pro další vývoj elektroniky.

Žádný dětský génius a vědátor, který by se potápěl do vany plné vody a nechal třaskat potraviny, to nebyl. A má pro to celkem prozaické vysvětlení: „Je možné ověřovat si známé fyzikální zákony, ale doma se dají opravdu dělat jen věci, o kterých se ví. Když chcete dělat něco nového, musíte znát spoustu věcí, mít přístup k informacím a experimentům.“ Bavilo ho hrát na klasickou kytaru a i na matematicko-fyzikální fakultě to vypadalo, že neví, jestli se dát na vědu, nebo spíš na hudbu. Pak ale přišel postgraduál a s ním milovaná spintronika.

„Studoval jsem teoretickou fyziku a ta je tady v Praze hodně zaměřená na astronomii a kosmologii. Já jsem ale dostal příležitost dělat ve fyzikálním ústavu diplomku ve fyzice pevných látek a polovodičů, která mi přijde taková lidštější.“ Pro nefyzika trochu zvláštní pohnutka, nicméně tak se Jungwirth dostal k nanotechnologii, tedy zkoumání velmi malých částic. Pak odešel na pět měsíců do USA, kde studoval a zároveň přednášel. Když v Česku školu dokončil, odjel zpět do USA, tentokrát na pět let na University of Texas. Anglicky už tehdy uměl dokonale, ale z vysoké školy to nebylo. „Když jsem studoval, používali jsme na matfyzu hlavně ruské knížky.“ V USA se poprvé dotknul tématu zvaného spinový Hallův jev, který ho později proslavil.

Nejdřív si ale musel projít kolečko jako každý jiný ambiciózní fyzik. „Když jste postgraduální student, tak posloucháte, co vám napovídá váš školitel. V té chvíli je vhodné moc nepřemýšlet, zda je to opravdu to nejlepší, ale snažit se naučit co nejvíc.“ Dospělý vědecký život začíná až po třicítce. Fyzik jde po vysoké škole na postgraduál, pak je „postdoc“ čili školení u zkušeného vědce, které trvá až čtyři roky, a teprve poté si hledá místo. Účelem studia je nejen samo studium. Člověk si musí na konferencích udělat kontakty a hlavně: najít si své téma.

Závod fyziků

Tomáš Jungwirth tím svým zdá se trefil zlatou žílu. Tým vědců, jehož se stal členem, pozoroval v roce 2003 takzvaný spinový Hallův jev v polovodičovém čipu. Pokud bude tento poznatek uveden do praxe, velmi to zrychlí práci počítačů, což je ve 21. století přirozeně objev prvořadého významu. „Podařilo se nám pomocí speciálního mikročipu průběh Hallova jevu pozorovat a měřit. Před těmito pokusy odborníci jev pouze teoreticky předpokládali,“ říká Jungwirth.

První teoretická práce o spinovém Hallově jevu se objevila již v roce 1971. Popisuje proudící elektrony, které v sobě nesou miniaturní magnet nazývaný spin a díky srážkám s nečistotami v materiálu se odklání k hraně vzorku, kde vytvářejí magnetizaci. V roce 2003 došel Jungwirthův tým k závěru, že ke zmagnetování může dojít i bez srážek. Zní to možná jako maličkost, ale pro elektroniku to má zásadní význam.

Dosavadní čipy totiž zpracovávají informace přiváděním nebo odváděním elektrického náboje. Jungwirthův spinový čip je založen na změně magnetické orientace a nikoli na přenášení elektronů z místa na místo. Tato operace je rychlejší a méně energeticky náročná, ušetří se při ní spousta elektrické energie, v počítači také nebude potřeba tolik kabelů, ventilátorů, vejde se do nich více procesorů... Zavedením spinových čipů by zkrátka počítače mohly vykonávat mnohem víc operací, byly by rychlejší a měly větší paměť.

Když se na objev ve fyzice přijde, ještě to nic neznamená. Musí se publikovat, jinak jako by nebyl. V době, kdy vědci kolem Jungwirtha právě dokončovali výzkum, objevily se v odborných časopisech stovky článků, ve kterých vědci teoreticky zpracovávali Hallův jev, ale nikdo stále ještě nepřišel s experimentem, jenž by jeho platnost prokázal. „Bylo to až nepříjemné, nakonec se nám to ale v Anglii přece jen podařilo změřit. Byl z toho menší poprask ve fyzice, ale jestli to je důležité, to se teprve ukáže. Kombinuje se tu kvantová fyzika s realistickou, je to na hraně našich možností. Je to zajímavé, moc lidí tomu nerozumí. Každou chvíli někdo přijde s nějakou blbostí, a pak se ukáže, že to k ničemu nevede.“

Jungwirthovi a spol. navíc v té době dýchala na záda vědecká skupina z Kalifornie. Na jedné konferenci, když si ještě nebyli moc jistí, o svém problému Jungwirthovi kolegové veřejně pohovořili a kalifornští vědci si pospíšili, aby už byli zpátky doma a využili jejich poznatky při své práci. Ale tenhle „závod“ zase nakopl Jungwirthovu skupinu k většímu úsilí. Kalifornská skupina nakonec provedla svůj vlastní experiment týkající se Hallova jevu a publikovala o něm v odborném tisku o něco dříve než Jungwirth. „Ale to není až zase tak podstatné. Ve fyzikální komunitě všichni znají server spravovaný z Los Alamos. Tam můžete umístit článek nebo vědeckou práci bez zdlouhavého procesu oponentního řízení. Jakmile tam něco uveřejníte, dáváte tím světu na vědomí, že něco máte. Tam jsme dali svou práci my ještě před publikováním jejich výsledků. A mezi fyzikální komunitou se to ví.“

Sdílení autorství objevu ostatně Jungwirtha nemrzí. Ego jde stranou, je prý naopak dobře, když výzkum probíhá na více místech. Když se totiž podaří objev jen jedné skupině a dlouho nikomu jinému, je to, jako by objev ani neexistoval. Až stejný výsledek dvou či více týmů ukazuje, že se mu dá věřit. Po letech teorie a experimentů a také podstoupení několika oponentur se objev Jungwirthovy skupiny se vší slávou brzy objeví v nejváženějším fyzikálním časopisu: Physical Review Letters, který vydává Americká fyzikální společnost.

Chvilku to a chvilku ono

Jungwirth je teoretik a, jak říká, práci si nosí v hlavě domů. Nemá ostatně pevnou pracovní dobu ani žádného šéfa. Čas si organizuje sám. „Je nutná interakce s okolím, mám hodně spolupracovníků v Evropě a USA, takže se sice třeba rozhodnu, že dotáhnu nějaký článek do konce, ale pak mi přijde mail od kolegy, který ode mne chce něco jiného, takže se tím musím začít zabývat. Občas je to boj.“ Rozděláno má vždy několik projektů („během dne dělám chvilku to a chvilku ono“) a pracuje na problému, který ho „buď nejvíc baví, nebo na tom, kde má nejčernější svědomí“. Nejtěžší chvíle zažívá, když má před sebou nový problém, kterému vůbec nerozumí. Ale jakmile se dostaví první úspěchy, začne ho práce víc bavit. A když pak má pocit, že věci přišel na kloub, snaží se své výsledky sdělit v článku odborné veřejnosti. „Musíte to sepsat srozumitelně, přesvědčivě. To už vás ten samotný problém téměř nebaví, protože ho máte vyřešený. Jako když vyluštíte křížovku a teď o té tajence musíte napsat.“

Jako teoretik potřebuje kolegy v laboratořích, experimentátory, kteří ověřují jeho výpočty. Při měření obvykle nebývá přítomen, ale teď se jdeme podívat na přístroj, který je v Česku pouze jeden. V místnosti, kde je dost zima a smíme tam jen v návlecích, se roztahuje stroj tvaru a podivnosti připomínající „centrální mozek lidstva“. Ze směsice tub pumpa pravidelně odsává vzduch a vyrábí tím prvotřídní vakuum. Kolem obchází Vít Novák, Jungwirthův kolega a přítel, který pro něj experimenty připravuje. „Tomáš je velice poctivý a odhodlaný jít po věci až do konce.“ Do pražského ústavu za Jungwirthem dojíždějí také jeho studenti z Anglie, kterým vede absolventské práce. V Nottinghamu má jen patnáctiprocentní úvazek a nemusí tam fyzicky být. Jak říká, občas má pocit, že některý z jeho studentů je chytřejší, než je on sám. „Je to dobré, aspoň stojí člověk nohama na zemi. V tomhle oboru opravdu nezpychnete.“

V Česku působí několik tisíc fyziků placených podle státních zaměstnaneckých tabulek. To stačí tak na výzkum doma, pro vědce je ale životně důležité objíždět světové konference. Na ty už je zapotřebí mít granty, s jejichž získáváním ale Jungwirth problém nemá. A tak často cestuje po světě, zatímco jeho kdysi milovaná kytara leží doma v koutě. Když nebádá, nasedne celá jeho rodina na kola nebo podnikne nějaký jiný sport. Dovolené tráví se svým americkým kolegou z týmu Jairem Sinovou z University of Texas. „Považuji Tomáše za svého nejbližšího spolupracovníka i přítele. Z nějakého důvodu jsme si hned padli do oka už jako postdoktorandi na univerzitách v Texasu a Indianě,“ říká Sinova. Jungwirth je prý jedním z nejlepších fyziků své generace a v příštích letech bude patřit k předním evropským vědcům v teorii pevných látek. „Tomáš je vtipný a také čestný muž. Ale v tenise jsem lepší. Jinak je sice výborný sportovec, jenže v tenise na mne zkrátka nemá.“

Dnes možná Jungwirthův objev laika nijak neoslní, ale neškodí si připomenout, že objev takzvaného tranzistorového efektu ve 40. letech minulého století taky nevzbudil příliš velkou pozornost. Spíš se ozývaly hlasy, k čemu je něco takového dobré. Ale v roce 1956, kdy jeho autoři získali Nobelovu cenu za fyziku, už na celém světě vyhrávala tranzistorová rádia. Není vyloučeno, že se taková historie nebude opakovat za nějakých deset patnáct let, až budou po celém světě blikat chytřejší počítače využívající spinový Hallův jev.

(Lidové noviny, www.lidovky.cz)