Nedávná studie publikovaná v časopise Advanced Science odhaluje průlomový přístup k navrhování reaktivních materiálů pomocí manipulace s atomovými vibracemi. Výzkum vedený M. Tyuninou svedl dohromady tým spolupracovníků z Fyzikálního ústavu v Praze, Ústavu fyziky pevných látek v Rize, Max Planckova ústavu pro výzkum pevných látek ve Stuttgartu a Univerzity v Oulu ve Finsku. Tým organizován neformálně, ale sdílí hluboké odhodlání zkoumat základní principy fyziky kondenzovaných látek.
Výzkum se zaměřuje na tenké vrstvy – stále důležitější oblast materiálových věd – a přináší nový koncept pro technické koeficienty odezvy. Tyto koeficienty definují, jak materiály reagují na vnější podněty, jako jsou elektrická pole, teplotní změny nebo mechanické namáhání. Tradičně jsou tyto koeficienty u sypkých materiálů pevně dané a řízené atomovými vibracemi (známými také jako vibrace mřížky nebo fonony). Tým však zjistil, že u tenkých vrstev jsou tyto vibrace citlivé na mechanické deformace způsobené podkladovým substrátem.
Tato citlivost otevírá nové možnosti: výběrem nebo návrhem substrátů mohou vědci nyní ladit odezvu tenkých vrstev. Důsledky jsou dalekosáhlé. Nutí nás to přehodnotit, jak chápeme a upravujeme chování tenkých vrstev, ale také nabízí univerzální rámec použitelný pro širokou škálu pevných látek, včetně membrán a dalších mechanicky deformovaných struktur.
Kromě materiálových věd mohou tyto poznatky inspirovat nové myšlení v široké škále dalších oborů, jako je chemie, biologie a biofyzika. Schopnost ovládat atomové vibrace prostřednictvím deformace by mohla ovlivnit chemickou reaktivitu, molekulární dynamiku, a dokonce i chování biomolekul a buněk.
Tento výzkum, který kombinuje nejmodernější ab initio teoretické modelování (teoretické modelování z prvních principů) s přísnou experimentální validací, je příkladem toho, jak mohou hluboké základní poznatky urychlit vývoj funkčních materiálů nové generace.