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

Miten koronavirus leviää
Tiedotteet Julkaistu:

Suomalaistutkijat yhdistivät voimansa selvittääkseen, miten koronavirus voi levitä ilmassa

Hankkeessa on mukana muun muassa virtausfyysikkoja, virologeja ja lääketieteellisen tekniikan asiantuntijoita. Tutkijat käyttävät 3D-mallintamiseen supertietokonetta ja uskovat, että ensimmäisiä tuloksia voidaan saada jo lähiviikkoina.
carbon nanotube and graphene cartoon
Tiedotteet Julkaistu:

Uusi, tehokas katalyytti vauhdittaa puhtaan vetypolttoaineen valmistusta

Tutkijat ovat kehittäneet lupaavan materiaaliyhdistelmän grafeenista, hiilinanoputkista ja epäpuhtausatomeista.
Opiskelijoita kampuksella. Kuva: Unto Rautio / Aalto-yliopisto.
Tiedotteet, Yliopisto Julkaistu:

Akateemiset tulokset ja kansainvälinen arvostus kehittyivät suotuisasti vuonna 2019

Kampuksen kehittäminen eteni merkittävästi ja Kauppakorkeakoulu siirtyi helmikuussa uuteen rakennukseen Otaniemen kampuksen ytimeen.
Koneoppiminen on vienyt eteenpäin muun muassa konenäön, datatieteen, robotiikan ja ihmisen ja koneen vuorovaikutuksen aloja. Kuva: Aki-Pekka Sinikoski
Tiedotteet Julkaistu:

EU:lta merkittävä lisäpanostus eurooppalaiseen tekoälytutkimukseen

Suomen tekoälykeskus FCAI on keskeisessä roolissa, kun Eurooppa käy kisaa osaamisesta ja osaajista Yhdysvaltojen ja Kiinan kanssa. Globaalin tekoälymarkkinan arvioidaan kasvavan yli 200 miljardiin vuoteen 2026 mennessä.