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

Jukka Pekola, kuva: Riitta Supperi, Suomen Kulttuurirahasto
Palkinnot ja tunnustukset Julkaistu:

Jukka Pekolalle Suomen Kulttuurirahaston palkinto – ”kvantti kiinnostaa tiede- tai scifi-maailmaa laajemmin”

Professori Jukka Pekola saa Suomen Kulttuurirahaston palkinnon kvanttiteknologiatutkimuksen pitkäaikaisesta edistämisestä ja osallistumisesta ihmiskunnan haasteiden ratkaisemiseen.
Cone Calorimeter Testing
Tutkimus ja taide Julkaistu:

BIOSUOJA-hanke pelastaa ihmishenkiä kehittämällä biopohjaisia palonestopinnoitteita

Lahjakas ryhmä nuoria tutkijoita pyrkii tekemään puusta myrkyttömiä palonestoaineita.
Visuaalisen tekoälyn avulla luotu hahmotelma kaupunkialueen kehittämiseksi Batterseassa, Lontoossa
Yhteistyö, Tutkimus ja taide, Opinnot Julkaistu:

Arkkitehtiopiskelijat suunnittelivat tekoälyn avulla sosiaalisia innovaatioita Lontooseen

Suunnittelussa yhdistettiin ensimmäistä kertaa laadullinen evolutionaarinen suunnittelu ja visuaalinen generatiivinen tekoäly.
Kuvassa näkyy ruokalista, johon eri aterioiden CO2-päästöt on merkitty värikoodilla ja euromääräisrellä hinnalla.
Mediatiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Tutkimus: Hiilijalanjäljen merkitseminen vaikuttaa joukkoruokailijoiden valintoihin – myös merkitsemistavalla on väliä

Saksassa toteutettu tuore tutkimus osoittaa, että opiskelijaravintolan asiakkaat valitsivat vähäpäästöisempiä aterioita, kun heille kerrottiin eri ateriavaihtoehtojen hiilijalanjälki. Vaikutus oli suurin, kun hiilijalanjälki kerrottiin liikennevalo-värikoodin ja euromääräisen hinnan yhdistelmänä. Tutkijan mukaan asia kannattaisi huomioida myös Suomessa, missä joukkoruokailu on erityisen suosittua.