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:
Jaa
URL kopioitu

Lue lisää uutisia

Future Digital Mobility Management
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Liikutko autolla pk-seudulla? Tule testaamaan, miten autoilureiteistä saadaan sujuvampia ja turvallisempia.

Helsingissä toteutetaan syksyn aikana kansainvälinen Code the Streets -pilotti, jossa autoilijoille ehdotetaan vaihtoehtoisia ajoreittejä navigaattorilla. Haemme nyt navigointisovelluksen testaajia, joilla on käytössään Android-puhelin.
Kimchi and Chips
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Taiteilijapuheenvuoro: Kimchi and Chips

Tervetuloa seuraamaan soulilaisen Kimchi and Chips -taidestudion taiteilijapuheenvuoroa!
CYBER_Aki-Pekka_Sinikoski010.jpg
Yhteistyö, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Perustieteiden korkeakoulun tutkijoita mukana nyt yhteensä viidessä tutkimuksen huippuyksikössä

Suomen Akatemia on valinnut yhteensä 11 uutta huippuyksikköä. Perustieteiden korkeakoulun tutkijat ovat mukana ottamassa selvää keinotekoisesti älykkäistä materiaaleista, matematiikan viimeisimpien edistysaskeleiden sovelluksista sekä ilmakehän molekyyliprosesseísta.
A detail of spider silk material developed in Aalto University, image Fotoni Film & Communications
Tutkimus ja taide, Yliopisto Julkaistu:

Kaksi uutta huippuyksikköä Aalto-yliopistoon – yliopisto myös mukana kahdessa konsortiossa

Aalto-yliopiston johtamiksi huippuyksiköiksi valittiin Suurnopeuksiset sähkömekaaniset energianmuunnosjärjestelmät sekä Elävien toimintojen innoittamat hybridimateriaalit.