Aalto-yliopiston tutkijat ennustivat uuden kvanttiaineen olemassaolon

Tutkijoiden ennustama topologisen suprajohteen olomuoto pinnalla. Punaiset nuolet kuvaavat magneettisia atomeja, esimerkiksi rauta-atomeja, jotka muodostavat säännöllisen rakenteen suprajohtavan metallin päälle. Topologisen suprajohtavan aluetta reunustavat yhteen suuntaa kulkevat reunatilat.

Aalto-yliopiston tutkijat onnistuivat ennustamaan, että matalissa lämpötiloissa esiintyvien suprajohteiden pinnat voivat muuttua topologisiksi suprajohteiksi, kun pinnalle asetetaan magneettisia rauta-atomeja säännölliseen muotoon. Uusimpiin matemaattisiin ja fysikaalisiin malleihin perustuvalla havainnolla on merkitystä uusien kvanttiaineen olomuotojen etsinnässä ja mahdollisesti tulevaisuuden elektroniikan sovelluksissa. Tulos julkaistiin juuri Physics Review Letters -tiedelehdessä.

Eksoottisia hiukkasia

Suprajohtavuudella tarkoitetaan ominaisuutta, jossa aineen resistiivisyys katoaa tietyssä lämpötilassa.

– Nykyisin tiedetään, että kvanttitilassa sähkövirta kulkee suprajohtavien metallien pinnoilla ilman vastusta. Tämä on mielenkiintoinen ilmiö, jota halusimme tutkia lisää. Topologiset suprajohteet eroavat tavallisista siinä, että niiden reunoilla kiertää jatkuvasti virtaa, jossa esiintyy eksoottisia hiukkasia, Majoranan fermioneja. Näistä hiukkasista saatiin luotettavia signaaleita kokeissa viime vuoden lopulla, kertoo akatemiatutkija Teemu Ojanen Aalto-yliopiston Kylmälaboratoriosta.

– Topologisesti suprajohtavan pinnan reunatilat ovat yhdensuuntaisia ja mahdollistavat siten virran kuljetuksen vain yhteen suuntaan. Reunatilojen lukumäärä ja suunta voivat kuitenkin vaihdella. Sitä voisi verrata liikenneympyrään, jossa kaistojen lukumäärä ja kulkusuunta voivat vaihdella, Ojanen jatkaa.

Majoranan fermioneilla on teoreettisesti ennustettu olevan ominaisuuksia, joiden avulla voidaan luoda monimutkaisia kvanttitiloja esimerkiksi palmikoimalla hiukkasia toistensa ympäri. Näin syntyneitä rakenteita voidaan hyödyntää tiedon koodaamiseen, ja niiden tulevaisuuden sovellusalueet lienevät kvanttitietokoneissa.

Lisätietoja:
Akatemiatutkija Teemu Ojanen
Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulun Kylmälaboratorio
[email protected]
Puh. 040 510 5406