Uutiset

Grafeenista loihdittu kvanttimateriaali ilmentää samoja ominaisuuksia kuin harvinaisten maametallien yhdisteet

Toivotut kvanttiominaisuudet saatiin aikaan kerrostamalla ohuita grafeenilevyjä päällekkäin ja kiertämällä niitä suhteessa toisiinsa. Tutkimuksella voi olla uraauurtava vaikutus topologiseen kvanttilaskentaan.
Scehmatic of a heavy fermion on graphene
Tutkijat loivat kolmen toisiinsa kierretyn grafeenikerroksen avulla kvanttitilan, jossa elektronit käyttäytyvät vastaavasti kuin raskaissa fermionimateriaaleissa. (Kuva: Jose Lado/Aalto-yliopisto)

Ainutlaatuisten kvanttiominaisuuksien ansiosta harvinaisten maametallien yhdisteet ovat kiehtoneet tutkijoita jo 1970-luvulta saakka. Näissä yhdisteissä voi saada aikaan esimerkiksi topologista suprajohtavuutta, joka on tarpeellinen kvanttitietokoneiden rakentamisessa. Harvinaisten maametallien käyttöä kvanttiteknologioissa rajoittavat kuitenkin niiden sisältämät radioaktiiviset yhdisteet, kuten uraani ja plutonium. Näihin yhdisteisiin perustuvat tekniset sovellukset ovat siksi loistaneet poissaolollaan.

Harvinaisten maametallien yhdisteisiin perustuvia suprajohtavia materiaaleja kutsutaan raskaiksi fermionimateriaaleiksi, koska niillä vaikuttaa olevan paljon enemmän massaa kuin niillä todellisuudessa on. Tutkijat ovat nyt saaneet selville, miten vastaavia suprajohtavia tiloja saadaan aikaan pelkästään grafeenin avulla. Tulokset julkaistiin 7. heinäkuuta Physical Review Letters -lehdessä.

”Tähän asti topologisessa kvanttilaskennassa ei ole juurikaan hyödynnetty raskaiden fermionimateriaalien suprajohtavuuteen perustuvia käytännön sovelluksia. Tämä johtuu osittain siitä, että se on tähän saakka vaatinut uraanin ja plutoniumin kaltaisia harvinaisia ja radioaktiivisia yhdisteitä", sanoo Aalto-yliopiston professori Jose Lado.

Lado osoitti yhdessä sveitsiläisen Paul Scherrer -instituutin tutkijatohtorin Aline Ramiresin kanssa, kuinka raskaita fermionimateriaaleja luodaan edullisesti ja ilman radioaktiivisia aineita. He pystyivät luomaan kolmen toisiinsa kierretyn grafeenikerroksen avulla kvanttitilan, jossa elektronit käyttäytyvät vastaavasti kuin raskaissa fermionimateriaaleissa.

Tutkijat kerrostivat ohuita grafeenilevyjä päällekkäin tietyllä kuviolla ja samalla he kiersivät kutakin levyä suhteessa toisiin levyihin.

"Tutkimuksessa osoitamme, että sama lopputulos voidaan saada aikaan grafeenilla. Vaikka tutkimuksessa osoitamme vain raskaan fermionin esiintymisen, topologisen suprajohtavuuden tutkiminen on luonnollinen seuraava askel. Sillä voi olla uraauurtava vaikutus topologiseen kvanttilaskentaan."

"Raskaiden fermionimateriaalien hyödyntämiselle on nyt olemassa uusi hiilipohjainen materiaalialusta, ja se voidaan toteuttaa ilman harvinaisia maametalleja", Lado toteaa.

Lisätietoja (englanniksi):

Jose Lado

Jose Lado

Assistant Professor
T304 Dept. Applied Physics
  • Julkaistu:
  • Päivitetty:

Lue lisää uutisia

Ilmakuva modernista kaupunkimiljööstä, jossa on viherkattoisia ja aurinkopaneelein varustettuja rakennuksia veden äärellä.
Yhteistyö, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Aalto-yliopistolle rahoitusta vihreän siirtymän tutkimukseen

Suomen Akatemian myöntämä rahoitus vauhdittaa energiajärjestelmien, mikroelektroniikan ja kestävien kaupunkien tutkimusta.
Sinipunainen liukuväritausta ja ilmapallojen päällä leijuva podiumi, jonka päällä valkoista savua, josta hohtavat valon eri spektrit.
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Aalto-yliopiston avoimen tieteen palkinnon 2024 voittaja on AALTOLAB Virtual Laboratories

Aalto-yliopiston vuoden 2024 avoimen tieteen palkinnon saaja on valittu.
Uusi aiempaa herkempi infrapunasensori tuo hyötyjä moneen eri teknologiaan. Kuva: Aalto-yliopisto / Xiaolong Liu
Mediatiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Tutkijat kehittivät infrapunasensoreista aiempaa herkempiä

Uuden teknologian uskotaan olevan suoraan integroitavissa esimerkiksi itseohjautuviin autoihin.
Ryhmä ihmisiä poseeraa amfiteatterin suurilla kivirapuksilla. Rakennuksen takana on suuret ikkunat ja vihreä katto.
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Aallon vuosi 2024: Avaruustutkimusta uusilla taajuuksilla, rakkauden aivokuvia, kaupunkivihreää ja paljon muuta

Aalto-yliopiston vuosi 2024 piti sisällään innovaatioita, inspiraatiota ja roppakaupalla radikaalia luovuutta – tässä katsaus siihen.