Uutiset

Tutkijat löysivät vaikeasti havaittavia puolikvanttipyörteitä supranesteessä

Kvanttifysiikan ilmiön ymmärtäminen voi viedä lähemmäs kvanttitietokoneita.
Puolikvanttivorteksi eli -pyörre yhdistää kiertävän massavirtauksen kiertävään spin-virtaukseen, minkä seurauksena vorteksit muodostavat kokeissa havaittavissa olevia pareja. Kuva: Ella Maru Studio.

Aalto-yliopiston ja moskovalaisen P.L. Kapitza Instituten tutkijat ovat havainneet puolikvanttipyörteitä supranesteheliumissa. Kyseinen pyörre on supranesteissä ja suprajohteissa ilmenevä poikkeama eli topologinen virhe, joka kuljettaa tietyn määrän kiertävää virtaa.

”Puolikvanttipyörteiden löytymistä edelsi pitkä etsintä, sillä niiden olemassaolo supranesteheliumissa ennustettiin alun perin jo vuonna 1976”, kertoo Aalto-yliopiston tohtorikoulutettava Samuli Autti.

”Tulevaisuudessa löytömme mahdollistaa pääsyn puolikvanttipyörteiden ytimiin, joissa on eristettyjä Majorana-tiloja, eräänlaisia erakkohiukkasia. Näiden tilojen ymmärtäminen on olennaisen tärkeää kvantti-informaation prosessoinnin kehityksen ja kvanttitietokoneen luomisen kannalta”, Autti jatkaa.

Kvanttijärjestelmissä, kuten supranesteissä ja suprajohteissa, vallitseva makroskooppinen koherenssi eli eri osien eräänlainen yhtenäisyys sisältää monia mahdollisuuksia ja joitakin keskeisiä rajoituksia. Kvanttimekaniikan lait rajoittavat esimerkiksi näiden järjestelmien kiertävien virtojen voimakkuuden tiettyihin diskreetteihin arvoihin, eli vain tietyt voimakkuudet ovat mahdollisia vapaan voimakkuusvaihtelun sijaan. Puolikvanttipyörre voittaa tuon rajoituksen hyödyntämällä alusmateriaalin ei-triviaalista topologiaa. Topologia on matematiikan osa-alue, joka tutkii aineen ja avaruuden muuttumattomina säilyviä fyysisiä ominaisuuksia. Aihe liittyy suoraan vuoden 2016 fysiikan Nobel-palkintoon.

Yksi esiin tulleista ominaisuuksista on samankaltainen niin kutsutun Alice-säikeen kanssa suurenergiafysiikassa, jossa säikeen ympäri kiertävä hiukkanen vaihtaa varauksensa. Näiden järjestelmien kvanttiominaisuuksia on jo yleisellä tasolla hyödynnetty ultraherkissä SQUID-vahvistimissa ja muissa merkittävissä kvanttilaitteissa.

Artikkeli julkaistiin 14. joulukuuta Physical Review Lettersin verkkojulkaisuna, ja siitä on julkaistu myös erillinen artikkeli Physics-julkaisun verkkoversiossa. Tutkimuksessa käytettiin kansallisen OtaNano-infrastruktuurin laitteistoja.Tutkimusryhmä on osa Aalto-yliopiston Matalien lämpötilojen kvantti-ilmiöiden ja komponenttien huippuyksikköä.

Lisätietoja:
Samuli Autti, tohtorikoulutettava
Aalto-yliopisto, teknillisen fysiikan laitos
[email protected]
0400 458 345
Rota – Topological superfluids -tutkimusryhmä: http://physics.aalto.fi/en/groups/rota/

Artikkeli: S. Autti, V.V. Dmitriev, J.T. Mäkinen, A.A. Soldatov, G.E. Volovik, A.N. Yudin V.V. Zavjalov, and V.B. Eltsov: Observation of Half-Quantum Vortices in Topological Superfluid 3He. Physical Review Letters 2016. DOI:10.1103/PhysRevLett.117.255301.

  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lue lisää uutisia

A green laser light shining on a sample stage between two magnets
Mediatiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Tietokonesiru, joka ei koskaan ylikuumene? Nanokokoinen spinaaltolaite on askel kohti aivan uudenlaista laskentaa

Spinaaltoihin perustuva laskenta tehostaa erityisesti kuvankäsittelyä ja hahmontunnistusta.
Kerrostalo ja kallioita
Yhteistyö, Mediatiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

LÄHIÖPRIDE-hankkeessa tutkitaan lähiömielikuvien ja rakennetun ympäristön suhdetta

Monitieteinen hanke yhdistää arkkitehtuurin historian, sosiologian, kriittisen kulttuuriperinnön ja maisema-arkkitehtuurin tutkimuksen. Tutkimukseen ja työpajoihin pohjaava hanke tähtää lähiöiden kestävään tulevaisuuteen.
Professorineuvosto
Mediatiedotteet Julkaistu:

Aalto-yliopiston professorineuvosto huolissaan Business Finlandin rahoitusperusteista

Aalto-yliopiston professorineuvosto on huolissaan siitä, että Business Finlandin viennin edistämisvaatimukset tekevät nyt ja tulevaisuudessa mahdottomaksi suurimman osan yliopistojen innovaatiotoiminnasta.
The low-temperature plate inside of the refrigerator. The team attaches their bolometers here. Credit: Aalto University.
Mediatiedotteet Julkaistu:

Suomen kvanttiosaajat tiivistävät yhteistyötään

Aalto-yliopiston, Helsingin yliopiston ja VTT:n InstituteQ tuo yhteen alan kärkitutkimuksen ja -koulutuksen sekä edistää innovaatioiden syntymistä.