Uutiset

Jose Lado: Tärkeintä on löytää jotain odottamatonta

Aalto-yliopiston uutta teoreettisen fysiikan professoria kiinnostaa erityisesti parafermionin luominen. Näitä hiukkasia käyttävä tietokone voisi pitkällä aikavälillä toteuttaa minkä tahansa kvanttialgoritmin, ja tällä voisi olla mullistavia vaikutuksia esimerkiksi lääkeainemallinnuksessa.
Local magnet moments formed in twisted bilayer graphene

Teknillisen fysiikan laitoksen uusi apulaisprofessori Jose Lado on siirtynyt Aalto-yliopistoon Zürichin teknillisestä korkeakoulusta.

Mitä tutkit ja miksi?

Professor Lado in the physics department coffee room
Professori Lado

Tutkin teoreettista ja erityisesti tiiviin aineen fysiikkaa. Tutkin muun muassa sitä, miten elektronit käyttäytyvät, kun muutamme niiden energiatasoja. Tätä kutsutaan elektronien järjestäytymiseksi. Voimme saada aikaan eksoottisia tiloja, jotka voivat esiintyä yksittäisissä atomeissa ja elektroneissa, hyödyntämällä uudenlaisia kollektiivisia ilmiöitä. Nämä uudenlaiset tilat voivat johtaa elektronien eksoottiseen järjestäytymiseen, joka tarjoaa mahdollisuuden tutkia fysiikkaa aiemmin tuntemattomilla tavoilla, avaten samalla uusia kvanttilaskennan mahdollisuuksia. 

Olen erityisen kiinnostunut grafeenista, kaksiulotteisesta hiililevystä. Teoreettiseen tutkimukseeni kuuluu selvittää, mitä grafeenille on tehtävä, jotta saadaan aikaan täysin uutta eksoottista järjestäytymistä, jota ei muuten esiinny. Grafeeniin voidaan esimerkiksi yhdistää muita materiaaleja tai grafeenikerroksia voidaan yhdistää keskenään. Yhdistelemällä toistensa suhteen kierrettyjä kerroksia voidaan hallita paitsi elektronien liikettä, myös niiden välistä vuorovaikutusta. Sitä on miltei mahdotonta hallita muissa materiaaleissa. Eksoottisten tilojen luominen vaatii elektronien vuorovaikutuksen hallintaa, mikä on nyt mahdollista grafeenin avulla. Tällä tavoin voidaan esimerkiksi selvittää, miten voidaan luoda huoneenlämmössä toimiva suprajohde tai miten voidaan luoda materiaali, jossa ilmenee kvanttiominaisuuksia makroskooppisella tasolla. Minua kiinnostaa erityisesti parafermionin luominen. Se on hiukkanen, jota ei ole olemassa ja jolla on ainutlaatuisia kvanttiominaisuuksia.

Tiiviin aineen fyysikot voivat saada laboratoriossa aikaan sidottuja Majorana-tiloja. Sidotut Majorana-tilat käyttäytyvät kuin Majorana-fermionit. Näistä hiukkasista tiedetään vain teoreettisella tasolla, eikä niiden ole havaittu esiintyvän luonnostaan maailmankaikkeudessa. Tämä on tärkeää kvanttitietokoneita kehittäville tutkijoille, koska sidottujen Majorana-tilojen avulla voitaisiin toteuttaa topologinen kvanttilaskenta, yksi kvanttilaskennan tyypeistä.

Teoria kuitenkin osoittaa, että kaikkia kvanttialgoritmien tyyppejä ei voida toteuttaa käyttämällä sidottuja Majorana-tiloja. Tämän vuoksi haluan selvittää, miten voidaan saada aikaan uudenlainen sidottu tila, jota kutsutaan parafermioneiksi. Kuten Majorana-fermioneita, myöskään parafermioneita ei todennäköisesti ole valmiina reaalimaailmassa, vaan niitä on tehtävä sidotussa tilassa eksoottisen aineen pinnalla. Tiedämme kuitenkin sen, että jos onnistumme valmistamaan parafermioneita laboratoriossa, niiden avulla voitaisiin tehdä kaiken tyyppisiä kvanttilaskennan algoritmeja. Tämän seurauksena parafermioneita käyttävä tietokone voisi pitkällä aikavälillä toteuttaa minkä tahansa kvanttialgoritmin, ja tällä voisi olla mullistavia vaikutuksia esimerkiksi lääkeainemallinnuksessa.

Mikä sinua kiinnostaa omassa alassasi?

Minua kiinnostaa tutkia eksoottisia asioita, jotka voidaan rakentaa teoreettisesti yhdistelemällä aineksia uudella tavalla, ilman että niitä esiintyy luonnossa. Tavoitteena on luoda jotain, mitä ei aikaisemmin ollut olemassa. Tutkimusongelmissani yhdistyy usein kolme asiaa. Ne liittyvät syviin matemaattisiin teorioihin, näitä teorioita sovelletaan fysiikan perusperiaatteisiin ja lisäksi tutkimuksella voi olla tulevaisuudessa merkittäviä vaikutuksia kvanttiteknologian kehitykseen.

Alempaa korkeakoulututkintoa tehdessäni suoritin teoreettista fysiikkaa ja kiinteän olomuodon fysiikkaa käsitteleviä kursseja. Tein kesätutkimushankkeen, jonka aikana kiinnostuin enemmän uudenlaisista ilmiöistä tiiviin aineen fysiikassa. Siitä sain innoituksen tehdä ylemmän korkeakoulututkinnon ja lopulta tohtorin tutkinnon uudenlaisista ilmiöistä grafeenissa.

Tutkijana täytyy olla loputtoman kiinnostunut tutkimusaiheestaan. On oltava halu oppia lisää ja yrittää saavuttaa jotain, mitä ei ole koskaan aikaisemmin nähty. Ei pidä tyytyä siihen, mikä on jo kaikkien tiedossa. Sen sijaan pitää kyseenalaistaa se, mitä pidetään mahdollisena.

Mitä odotat tulevaisuudelta?

Kun aloitin tutkimustyöni, grafeenia pidettiin materiaalina, jolla oli monia poikkeuksellisia ja kiinnostavia ominaisuuksia. Sitä ei kuitenkaan pidetty parhaana materiaalina eksoottisten elektronien järjestäytymisen tutkimukseen. Tämä muuttui alle kaksi vuotta sitten, kun huomattiin, että yhdistelemällä grafeenin kerroksia älykkäällä tavalla voidaan joustavasti tutkia vahvaa fysikaalista vuorovaikutusta grafeenissa. Tämä havainto avasi kokonaan uuden tutkimusalueen ja osoitti, että eksoottisia vahvasti vuorovaikuttavia ilmiöitä voidaan tutkia järjestelmässä, joka on tehty vain hiiliatomeista.

Tämä on osoitus siitä, että tieteessä voi tapahtua valtavia yllätyksiä ja että tapahtuessaan ne voivat avata aivan uudenlaisia mahdollisuuksia, jotka ovat saattaneet jäädä aiemmin täysin huomaamatta. Mielestäni tämä on hyvin kiehtovaa. Etsimällä oikeasta paikasta saattaa löytyä kokonainen uusi maailman tutkittavaksi. Tulevaisuudessa haluaisin löytää jonkin toisen aineen tai ilmiön, joka on vielä jätetty huomiotta, mutta joka on hyödyllinen eksoottisten fysikaalisten ilmiöiden tutkimuksessa. Tärkeintä on löytää jotain odottamatonta. Se on minulle tutkimustyön kaikkein kiehtovin osa.

Contact Details

Jose Lado

Jose Lado

Assistant Professor
T304 Dept. Applied Physics

Related Stories

Grafeenissa ensi kertaa todennettu Wignerin hila vie kohti uutta kvanttilaskentaa

Grafeenin avulla voidaan tutkia elektronien eksoottista järjestäytymistä, ja mahdollinen sovelluskohde voi löytyä esimerkiksi kvanttilaskennasta.

Elektronimikroskooppikuva Corbino-laitteesta: vihreäksi väritettyyn grafeeniin havaittiin muodostuvan elektronikide, kaksi-dimensioinen Wignerin hila, joka koostui noin 20 kristalliitista. Kuva: Antti Laitinen.

Uusi nanokeksintö voi tuoda mikroskoopin ominaisuudet älypuhelimeen

Tutkijaryhmä suunnitteli maailman pienimmän spektrometrin. Sen ansiosta jopa älypuhelimen kameralla voi tulevaisuudessa arvioida esimerkiksi lääkkeiden ja elintarvikkeiden laatua.

nanowire spectrometer imaging a cell. image ella maru studio

Correlated Quantum Materials (CQM)

Correlated Quantum Materials Group (CQM)

HF TTG
  • Julkaistu:
  • Päivitetty:

Lue lisää uutisia

Aalto-yliopiston liput liehuvat salossa. Kuva: Aino Huovio
Tutkimus ja taide Julkaistu:

BIZ Success funding -rahoitusta kolmelle erinomaiselle hankkeelle

Apulaisprofessorit Ciprian Domnisoru, Iiris Saittakari ja Moritz Scherleitner ovat rahoitusta saaneiden tutkimushankkeiden omistajat.
Shrikanth Kulashekhar (kuvassa oikealla) valmistelee tulevaa tutkimusta puistossa. Kuvassa vasemmalla Diana Kulashekhar. Kuva: Marika Itkonen.
Mediatiedotteet Julkaistu:

Aivo- ja kehomittaukset viedään laboratoriosta puistoon – tavoitteena on tunnistaa dementiariski aiempaa varhemmin

Aalto-yliopiston tutkijat Shrikanth Kulashekhar ja Hanna Renvall ovat saaneet Vaikuttavuussäätiöltä rahoituksen kehittääkseen diagnostiikkaa dementiariskin varhaiseen tunnistamiseen. Tarve on suuri, koska maailmanlaajuisesti muistisairaita on vähintään noin 50 miljoonaa, ja määrän odotetaan tuplaantuvan seuraavan 20 vuoden aikana.
Marjo Kettunen
Nimitykset Julkaistu:

Marjo Kettunen Perustieteiden korkeakoulun kehityspäälliköksi

Marjo Kettunen on valittu Perustieteiden korkeakoulun (SCI) kehityspäälliköksi. Hän siirtyy tehtävään Kemian tekniikan korkeakoulusta, jossa hän on toiminut kehityspäällikkönä keväästä 2018 alkaen.
Metsähovin radio-observatorio
Yhteistyö Julkaistu:

Kansainvälinen yhteistyö tärkeää radio-observatoriolle

Aalto-yliopiston Metsähovin radio-observatorion 50-vuotinen kansainvälinen yhteistyö saa jatkoa, kun astrofysiikan tutkimuskeskuksen ACME-ohjelma käynnistyi.