Uutiset

Atomitason näkymä suprajohtavuuteen viitoittaa tietä uusille kvanttimateriaaleille

Julkaistu:
Aalto-yliopiston ja Yhdysvalloissa sijaitsevan Oak Ridge National Laboratoryn tutkijat ovat kehittäneet uuden menetelmän, jolla voidaan ensimmäistä kertaa mitata kvanttihiukkausten tiloja suprajohtimissa yksittäisten atomien tasolla. Näiden tilojen mittaaminen on tärkeä askel kohti epätavallisten suprajohtimien parempaa ymmärtämistä. Löytö voi helpottaa kvanttitietokoneiden kehittämistyötä ja kenties jopa mahdollistaa huoneenlämmössä toimivan suprajohtimen.
Professor Jose Lado, facing the camera, sitting on wooden steps.
Professori Jose Lado. Valokuva: Aalto-yliopisto/Evelin Kask.

Suprajohtimet ovat materiaaleja, joilla ei ole mitään sähkövastusta. Ne ovat keskeisiä materiaaleja esimerkiksi kvanttitietokoneissa ja lääketieteessä, mutta niiden käyttö on haastavaa. Suprajohtimet vaativat yleensä äärimmäisiä olosuhteita, esimerkiksi erittäin kylmän lämpötilan. Ilmiön aiheuttavat ns. Cooperin parit, eli tietyllä tavalla pariutuvat elektronit. Tähän asti Cooperin pareja on mitattu vain epäsuorasti, mutta Aallon ja Oak Ridge National Laboratoryn tutkijat ovat nyt havainneet niitä yksittäisten atomien tasolla.

Oak Ridgen tutkijat Wonhee Ko ja Petro Maksymovych käyttivät perustanaan Aallon fysiikan professori Jose Ladon teoriaa. Kvanttimekaniikassa elektronit voivat ”tunneloitua” järjestelmästä toiseen tavalla, jota klassisen fysiikan mallit eivät pysty selittämään. Jos esimerkiksi elektroni muodostaa parin toisen elektronin kanssa juuri siinä kohdassa, jossa suprajohdin ja jokin metalli kohtaavat, ne voivat muodostaa Cooperin parin, joka siirtyy suprajohtimeen ja samalla kimmottaa toisenlaisen hiukkasen takaisin metalliin. Tätä prosessia kutsutaan Andrejevin heijastukseksi. Tutkijat etsivät näitä heijastuksia löytääkseen Cooperin pareja niiden kautta. Cooperin parien kokeellinen havaitseminen atomitasolla antaa tutkijoiden nähdä miten parien aaltofunktiot uudelleenrakentuvat atomitasolla ja miten ne reagoivat epäpuhtauksiin ja muihin esteisiin.

Tutkijat mittasivat atomisen terävän metallikärjen ja suprajohtimen välisen sähkövirran, sekä sen, miten riippuvainen virta oli kärjen ja johtimen etäisyydestä. Näin he säilyttivät atomitason kuvantamisresoluution ja pystyivät silti havaitsemaan suprajohtimeen takaisin kimpoavan Andrejev-heijastuksen määrän. Professori Ladon teoreettinen malli ennusti kokeen tuloksen täysin.

“Tämä tekniikka antaa meille erittäin tärkeän uuden tavan ymmärtää epätavallisten suprajohtimien sisäistä kvanttirakennetta. Se voi auttaa meitä monissa kvanttimateriaaleihin liittyvissä avoimissa kysymyksissä”, Lado sanoo. Epätavalliset suprajohtimet ovat mahdollisia kvanttitietokoneiden rakennuspalasia, ja voivat mahdollistaa huoneenlämmössä tapahtuvan suprajohtamisen. Huoneenlämpöinen suprajohdin olisi merkittävä läpimurto, sillä sen myötä johtimien käyttö helpottuisi ja kustannukset laskisivat huomattavasti.

Cooperin pareilla on uniikkeja sisäisiä rakenteita, jotka ovat tähän asti olleet haastavia ymmärtää. Löydön myötä tutkijat voivat nyt tarkastella Cooperin pareja suoraan ja suuremmassa mittakaavassa kuin ennen. Se on tärkeä askel kohti uusia kvanttiteknologioita.

Linkki julkaisuun:

Noncontact Andreev Reflection as a Direct Probe of Superconductivity on the Atomic Scale
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.nanolett.2c00697

Lisätietoja:

Jose Lado
Professori
+358503133730
[email protected]

  • Julkaistu:
  • Päivitetty:

Lue lisää uutisia

Uusi ympäristöystävällinen menetelmä selluloosan muokkaukseen kestäviä materiaaleja varten
Mediatiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Uusi ympäristöystävällinen menetelmä selluloosan muokkaukseen kestäviä materiaaleja varten

Aalto-yliopiston tutkijat ovat kehittäneet selluloosan muokkausmenetelmän, jossa myrkyllisiä liuottimia käytetään alle kymmenesosa perinteisiin menetelmiin verrattuna. Innovaatiota on mahdollista soveltaa ympäristöystävällisiin nanokomposiitteihin, selluloosapohjaisiin membraaneihin ja biolääketieteellisiin laitteisiin, jotka tukevat kestävää materiaalikehitystä.
Moderni vaalea rakennus, jossa on useita ikkunoita ja parvekkeita, ympärillä korkeita puita.
Yhteistyö, Tutkimus ja taide, Opinnot Julkaistu:

Kouvolan tyhjät kiinteistöt käyttöön kiertotalousrakentamisella

Aallon opiskelijat etsivät ratkaisuja Kouvolan kaupungin kiinteistöongelmiin.
Three persons sitting in front of multiple screens, balloons floating in the air
Palkinnot ja tunnustukset, Opinnot Julkaistu:

Aalto-yliopiston joukkue voitti pohjoismaisen NCPC-ohjelmointikilpailun opiskelijasarjan

Nordic Collegiate Programming Contest-ohjelmointikilpailu.
Kuvassa näkyy Kauppakorkeakoulun rakennus, sen vieressä oleva Kide-rakennus, sekä lipputangot ja puun oksa syksyisenä selkeänä päivänä.
Mediatiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

OP Ryhmän Tutkimussäätiön rahoittama hanke on selvittänyt muun muassa pankkiirien sukulaisten sijoitusintoa, ulkonäön vaikutusta palkkaukseen ja varjopankkitoimintaa

Aalto-yliopiston, Jyväskylän yliopiston ja Vaasan yliopiston toteuttama kolmivuotinen tutkimushanke on pureutunut rahoitusalaan ja rahoitusinstituutioihin tavanomaista syvemmälle. Hankkeen eri tutkimuksissa onkin jo paljastunut paljon perinteisen pankkitutkimuksen yli ulottuvaa – ja yhtä lailla arvokasta – tietoa.