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

Kuvassa vaaleanpuna-keltainen kirjan kansi on näkyvissä, kirja on taitettu auki keskeltä
Palkitut Julkaistu:

Kauneimmissa kirjoissa 2022 aaltolaisten tekemiä teoksia

Kaikkiaan kolme aaltolaisten tekemää kirjaa nousi suomalaista kirjasuunnittelua edustavaan kokoelmaan.
Jari Koskinen
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Professori Jari Koskinen päättää ansiokkaan työuransa

Materiaalitieteen professori Jari Koskinen jää eläkkeelle 31.3.2023. Älykkäiden materiaalien ja erityisesti pintojen ja rajapintojen fysikaalisia ominaisuuksia tutkinut Koskinen vietti työuransa viimeiset 14 vuotta Kemian tekniikan korkeakoulussa tutkijana ja toimi vuosina 2014-2022 Kemian ja materiaalitieteen laitosjohtajana.
Maarit Karppinen
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Ohutkalvoteknologian tutkimiseen merkittävä rahoitus – kehitettäviä materiaaleja voidaan hyödyntää esimerkiksi energian varastoinnissa

Uusia ohutkalvomateriaaleja kehitetään vauhdilla esimerkiksi energian varastointiin tai tiedonhallintaan käytettäviin sovelluksiin.
Researchers having a discussion in a meeting room with their laptops open on the table
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Aalto-yliopiston ja VTT:n tutkimushankkeessa kehitetään uudenlaisia entsyymejä

Hankkeessa tutkitaan tekoälyn avulla entsyymien ja proteiinien toimintamekanismia, joka on biologian ja biotekniikan merkittävä perustutkimuksellinen kysymys.