Uutiset

Merkittävä tutkimustulos: grafeeni voi muuttua suprajohteeksi luultua korkeammassa lämpötilassa

Sähkövastuksen katoaminen vähentäisi tietokoneiden energiankulutusta.
Kuva: Taiteilijan näkemys kaksikerrosgrafeenista. Antti Paraoanu.
Kuva: Taiteilijan näkemys kaksikerrosgrafeenista. Antti Paraoanu.

Suprajohteet ovat aineita, joiden sähkövastus katoaa kokonaan tietyn kriittisen lämpötilan alapuolella. Nykyään tunnetuilla suprajohteilla tuo kriittinen lämpötila on yleensä 200 pakkasasteen kylmemmällä puolella. Siksi suprajohteiden sovellukset vaativat kalliita jäähdytysjärjestelmiä, mikä on rajoittanut niiden käyttöä esimerkiksi kvanttitietokoneissa ja matkapuhelinverkkojen tukiasemilla.

Huoneenlämpötilassa toimiva suprajohde onkin yksi tieteen suurista tavoitteista, sillä se mahdollistaisi esimerkiksi tietokoneiden toiminnan paljon nykyistä pienemmällä energiankulutuksella.

Vuonna 2018 MIT:n professori Pablo Jarillo-Herrero havaitsi tutkimusryhmänsä kanssa, että maailman kestävin aine grafeeni voi muuttua suprajohteeksi, kun kaksi grafeenikerrosta ovat päällekkäin ja sopivasti toisiinsa nähden kierrettynä. Nyt Aalto-yliopiston professori Päivi Törmän ja Jyväskylän yliopiston professori Tero Heikkilän tutkimusryhmät ovat osoittaneet teoreettisesti simuloimalla, että grafeeni voi muuttua suprajohteeksi paljon luultua korkeammassa lämpötilassa. Tämä johtuu grafeenin elektronien kvanttiominaisuuksista.

Tutkimustulokset julkaistiin Physical Review B –lehdessä.

Physics World -lehti valitsi kaksikerrosgrafeenin suprajohtavuuden vuoden 2018 fysiikan alan läpimurroksi, ja fyysikot ympäri maailmaa ovat etsineet sille selitystä. Vaikka grafeeni muuttui suprajohtavaksi vain muutaman asteen päässä absoluuttisesta nollapisteestä, -273,15 celsiusasteesta, suprajohtavuuden mekanismin selittäminen voi auttaa kehittämään materiaaleja, jotka ovat suprajohtavia korkeassa lämpötilassa.

Tuore tutkimus tarkensi tietoa suprajohtavuuden mekanismeista.

”Löysimme jo aiemmin uudenlaisten kvantti-ilmiöiden vaikutuksen suprajohtavuuteen, ja olemme sen jälkeen tutkineet sitä yksinkertaistetussa mallissa. Nyt oli hienoa nähdä simuloimalla, kuinka samat ilmiöt saadaan esiin oikeassa materiaalissa”, kertoo tutkija Aleksi Julku Aalto-yliopistosta.

”On tärkeää, että jatkossa voidaan testata laskemiamme teoreettisia ennusteita myös kokeellisesti. Tämä kertoo, onko grafeenin suprajohtavuudelle löytämämme selitys oikea”, jatkaa tutkija Teemu Peltonen Jyväskylän yliopistosta.

Lisätietoa:

Artikkeli: A. Julku, T. Peltonen, L. Liang, T.T. Heikkilä, ja P. Törmä, Phys. Rev. B 101, 060505 (2020)

Physics viewpoint-artikkeli tutkimuksesta

Aleksi Julku
Tutkija
Aalto-yliopisto
a[email protected]

Teemu Peltonen
Tutkija
Jyväskylän yliopisto
t[email protected]

Tero Heikkilä
Professori
Jyväskylän yliopisto
[email protected]
puh. 040 805 4804

Päivi Törmä
Professori
Aalto-yliopisto
p[email protected]
puh. 050 382 6770

  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lisää tästä aiheesta

Taiteellinen kuva panssaroidusta superhydrofobisesta pinnasta, joka kestää iskuja ja hylkii nesteitä tehokkaasti. Kuva: Juha Juvonen.
Yhteistyö, Mediatiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Vettä hylkivä panssaripinnoite voi pian tehostaa aurinkopaneeleja ja tuoda suksiin lisäluistoa

Kesäkuussa Aalto-yliopiston tutkijat kertoivat kehittämästään pinnoitteesta Nature-lehdessä. Nyt pinnoitteesta aletaan kehittää lukuisia kaupallisia sovelluksia muun muassa rakennus- ja elektroniikkateollisuuden kanssa.
The computer game could help in the treatment of depression alongside therapy and drug treatment. Picture: Matias Palva’s research group, Aalto University.
Mediatiedotteet Julkaistu:

Tutkijat kehittävät tietokonepeliä masennuksen hoitoon

Terapeuttisen toimintavideopelin pelaaminen voi helpottaa masennuspotilaiden oireita ja parantaa heidän kognitiivista toimintakykyään.
putretti-lannoite
Mediatiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Tutkijat kehittivät tuhkasta ja kompostista metsien täsmälannoitteen

Putretiksi nimetty lannoite sisältää fosforia, kaliumia, hiiltä ja hitaasti vapautuvaa typpeä, jotka edistävät puiden kasvua. Sen valmistus kuluttaa selvästi vähemmän energiaa kuin keinolannoitteiden ja vähentää myös louhimisen tarvetta.
An electron microscope image of the device used to extract entangled electrons
Mediatiedotteet Julkaistu:

Askel kohti lähes rajatonta laskentatehoa – tutkijat loivat kvanttilomittumista lämmön avulla

Helppo ja hallittava kvanttilomittuminen lisää kokonaislaskentakapasiteettia ja mahdollistaa muun muassa kvanttisalauksen eli turvallisen tiedonsiirron suurillakin etäisyyksillä.