prof. Tomáš Jungwirth, Ph.D.

Laureát Ceny Neuron za významný vědecký objev za rok 2018

Tomáš Jungwirth stojí za objevem, který předznamenává revoluci v oboru IT. Jako jeden ze zakladatelů antiferomagnetické spinotroniky totiž zjistil, že tzv. antiferomagnety umožňují až tisíckrát rychlejší zápis dat než běžná paměťová média. Navíc se podílel na tvorbě prototypu čipu, který se dá propojit s konvenční mikroelektronikou. I přes tento průlomový objev si zachovává skromnost a pokoru a upozorňuje, že na nic z toho by nepřišel bez širokého mezinárodního týmu v zádech. Ke kariéře vědce se dostal spíše náhodou, když na Matfyz následoval svého staršího bratra. Jak sám ale říká, věda ho nadchla až mnohem později ve Spojených státech. Tam se dostal jak k rychlému světu spinotroniky, tak k dynamickému světu hokeje, který si ve volném čase i dnes rád zahraje s celou rodinou.

Ještě více a ještě rychleji


Zaprvé je obdařen skromností a pokorou. „Individuální ocenění pro mě je na hraně – sice mám asi podstatnou koordinační roli, ale jinak jsme velmi široký tým,“ upozorňuje. Zadruhé má schopnost velmi srozumitelně vysvětlit podstatu své práce, takže i jako laik po hodině celkem chápu, co je to spintronika a co antiferomagnety. To jsou takové magnety, které by mi z lednice okamžitě odpadly, a přece jsou obdařeny mimořádnými schopnostmi a mohou být předzvěstí revoluce v informačních technologiích a výrazně zvýšit rychlost počítačů.  Zatřetí má samozřejmě talent na fyziku. I když rozhodně nebyl ten typ, co odmalička ležel ve vzorečcích a vyhrával olympiády.


„Mám kolem sebe hodně kolegů, kteří už na střední škole měli takové to badatelské nutkání, potřebovali číst a získávat informace. To já vůbec,“ podotýká Tomáš Jungwirth, vedoucí oddělení spintroniky a nanoelektroniky z Fyzikálního ústavu Akademie věd.  I na „Matfyz”, který vystudoval, došlo spíše vylučovací metodou. „Řada oborů byla s kádrovým profilem mé rodiny vyloučená, a tak se nabízela technika nebo přírodní vědy – a na matfyzu už byl i můj starší bratr. I tak jsem se na škole věnoval spíše hře na kytaru.“ Přesto to nakonec byla fyzika a ne kytara, která ho proslavila.


Tomáš Jungwirth je jedním ze čtyř členů mezinárodního týmu fyziků (kromě Česka též z Německa, Velké Británie a Spojených států), který oznámil pozorování takzvaného spinového Hallova jevu. Pomocí něj začal před několika lety vývoj nové generace magnetických operačních pamětí. Byl to právě tento jev, který přivedl vědce z Fyzikálního ústavu k dalšímu nápadu, jak mnohem rychleji a efektivněji zapisovat a ukládat informace. Podstatou tohoto posledního objevu je využití antiferomagnetů. Zápis dat je na nich až tisíckrát rychlejší než u běžných paměťových médií. Tým navíc ukázal, byť zatím jen na experimentálním prototypu paměťového čipu, že jej lze propojit s běžnou mikroelektronikou. A je tu ještě jedna výhoda: na rozdíl od klasických feromagnetických pevných disků je odolný vůči rušivým magnetickým polím. Ale to vše je ještě hudba budoucnosti. Zatím jsme ve vědeckých pracovnách, v nichž se ostatně Tomáš Jungwirth cítí nejvíc doma.


Jen pro představu, o jakých rychlostech se tu bavíme: „Experimentálně jsme už dokázali, že jsme schopni zapsat data nikoli za nanosekundu – což je elektronický záblesk, který je tisíckrát tisíckrát tisíckrát kratší než sekunda – ale dokonce ještě znovu tisíckrát rychleji,“ říká profesor Jungwirth. Pro laika je to obtížně představitelné, ale v nanosekundách dnes pracují naše počítače a svět Tomáše Jungwirtha je ještě tisíckrát dál. „Ale není to jen nějaká frajeřina. Svět k tomu opravdu spěje i v jiných oblastech informačních a komunikačních technologií, i když jistě se tam nedostaneme za rok nebo za dva. Nebyla tu ale zatím mikroelektronická paměť, která by uměla pracovat v těchto extrémních rychlostech, a rozhodně ne ta magnetická.“


Magnetismus je součástí technologického pokroku od nepaměti a asi ještě dlouho bude. Na magnetický materiál, ať už je to pevný disk v počítači nebo magnetické pásky, se ukládají data. Bez něj by nevznikl internet a všechna ta obří úložiště obrázků a filmů, které se někam schovají a my si je můžeme kdykoli vytáhnout.

„Lidstvo používá magnetický záznam už více než sto let, ale až v poměrně nedávné době se změnil způsob, jak informaci do magnetu zapíšeme nebo z magnetu přečteme pomocí čistě elektrického signálu. Předtím se to dělo pomocí elektromagnetické cívky. Problém je, že cívky jsou moc velké a neumožňují takovou hustotu zápisu, jakou vidíme dnes,“ vysvětluje Tomáš Jungwirth. V roce 2007 byla udělena Nobelova cena za objev nového principu čtení pomocí takzvané gigantické magnetoresistance. Ta využívá nejmenší „cívky“, jaké jsou v mikroelektronice k dispozici, protože v sobě nesou samotné elektrony. „Říkáme jim spin a celý obor, který objev nastartoval, se tak dnes nazývá spintronika. Náš spinový Hallův jev pak přidal ke čtení ještě velmi efektivní způsob zápisu informace.“


Před dvěma lety otočil Jungwirthův tým výzkum ve spintronice dalším směrem, tentokrát k antiferomagnetům. V roce 1970 byla za objev těchto materiálů udělena Nobelova cena, ale byly považovány jen za hříčku přírody, která na rozdíl od feromagnetů nemůže mít praktické využití. Nedávné objevy týmu z Fyzikálního ústavu převrací tyto vžité představy naruby. „Antiferomagnetická paměť má i další výhody. Kromě klasického digitálního zápisu umožňujei ten analogový, čímž se nabízí možnost využití v umělých neuronových sítích, a tím i v oborech, jako je umělá inteligence nebo takzvaný internet věcí.“


I když to tak možná nevypadá, Tomáš Jungwirth nežije jen v rychlém světě spintroniky. Rychlosti se oddává i jinak, jen prsty na strunách kytary už v tom nefigurují. „Měli jsme kdysi i miniorchestr, ale na této úrovni to znamenalo věnovat se hraní několik hodin denně, což už jsem si nemohl dovolit. A i když je pro mě poslech hudby stále ta největší relaxace, přece jen z mého života vymizela. Přišel jsem na to, že po mnoha hodinách sezení u počítače potřebuju pohyb, a ne sedět u hudebního nástroje.“ A tak, když Tomáš Jungwirth poměrně brzy po studiích vycestoval se svou ženou a dvěma dětmi do USA, propadl bruslím a lednímu hokeji. „Přihlásili jsme na hokej oba malé kluky, a protože místní tým bral na výpomoc i rodiče, začal jsem bruslit i já. Na manželku ale toho našeho hokeje bylo za chvíli moc, tak jsme pořídili brusle, hokejku a brnění i jí,“ líčí profesor Jungwirth.


Amerika jim otevřela pracovní obzory a umožnila postavit se na vlastní nohy. „Měl jsem tam štěstí na školitele, který je jeden z nejuznávanějších fyziků dneška a navíc mimořádně příjemný i lidsky. Tehdy mě vlastně fyzika začala bavit,“ vzpomíná. Za oceánem zůstali několik let. Jeho žena si také udělala doktorskou práci v USA, akorát jí čím dál víc vadilo odtržení od praktického života, a tak dnes pracuje v technologické firmě. Zatímco on, jak říká, „oddriftoval” k vědě a je v ní spokojený.

Autorka textu: Martina Riebauerová