Uutiset

Uudenlaiset kvanttimateriaalit voivat mahdollistaa aiempaa vakaampia ja tehokkaampia teknologiasovelluksia

Kahden toisiinsa nähden kiertyneen grafeenikerroksen ja niihin yhdistetyn ferromagneettisen aineen avulla voidaan synnyttää uudenlaisia hallittavia elektronitiloja.
Twisted graphene sheets give rise to electrons with exotic properties
Uudenlainen laaksotila voidaan saada aikaan laittamalla kaksi hieman toisiinsa nähden kiertynyttä, ohutta grafeenikerrosta päällekkäin ja ferromagneettisen eristeen väliin.

Elektroneilla on niiden spinistä johtuva magneettinen ominaisuus. Pysyvillä magneeteilla, kuten jääkaapin ovessa, elektronien spinit ovat aina samansuuntaiset. Ilmiötä kutsutaan ferromagnetismiksi, ja spintroniikka taas on ala, jossa pyritään ohjaamaan spiniä.

Grafeenimateriaaleissa tunnetaan spiniä vastaava kvanttiominaisuus, jota voidaan kutsua potentiaalikuopaksi tai laaksoksi. Laaksotroniikka (valleytronics) on verrattain uusi potentiaalikuoppia ja energiaminimejä hyödyntävä fysiikan ala.

“Laaksotroniikassa informaatiota voidaan koodata paikallisten energiaminimien avulla - vastaavasti kuin elektroniikassa varauksen ja spintroniikassa spinin avulla. Laaksotroniikkaan perustuvat laitteet voivat olla merkittävästi tehokkaampia kuin elektroniikkaan perustuvat ja paljon vakaampia kuin spintroniikkaan perustuvat laitteet”, sanoo Aalto-yliopiston professori Jose Lado.

Aikaisemmissa tutkimuksissa on pystytty osoittamaan, että toisiinsa nähden hieman kiertyneillä grafeenikerroksilla on ominaisuuksia, jotka voivat johtaa uusiin materiaalisovelluksiin kvanttiteknologiassa. Niissä epätavanomaiset kvanttitilat ovat riippuvaisia sähkövarauksesta tai spinistä. Toistaiseksi on kuitenkin ollut epäselvää, voidaanko uudenlaisia kvanttitiloja toteuttaa myös laaksotroniikassa.

Magneettisia van der Waals -materiaaleja ovat nyt tutkineet Jose Ladon lisäksi ETH Zürichin tohtorikoulutettava Tobias Wolf ja professorit Oded Zilberberg ja Gianni Blatter. Tutkijat pystyivät osoittamaan, että uudenlainen laaksotila voidaan saada aikaan laittamalla kaksi hieman toisiinsa nähden kiertynyttä, ohutta grafeenikerrosta päällekkäin ja ferromagneettisen eristeen väliin. Tämän yhdistelmän avulla voidaan hallita elektronien käyttäytymistä materiaalissa. Laaksotilaa voidaan virittää sähköisesti ja saada aikaiseksi uudenlainen tätä tilaa hyödyntävä materiaali.

Perinteisillä ferromagneeteilla on tärkeä rooli siinä, että grafeenia voidaan hyödyntää laaksofysiikassa. Viimeaikaiset läpimurrot spintroniikassa ja van der Waalsin materiaalien tutkimuksessa avaavat uuden ulottuvuuden myös kiertyneeseen ja lomittuneeseen laaksotroniikkaan. Kvanttimaailmassa spinit voivat järjestyä eksoottisilla tavoilla, jonka seurauksena voi syntyä turhautuneita tiloja ja lomittuneita magneetteja.

“Nyt osoitettujen vahvasti vuorovaikutteisten tilojen osoittaminen on alkupiste kohti eksoottisia lomittuneita, laaksotiloihin perustuvia kvanttinesteitä ja kvantti-Hall-tiloja. Näitä kahta eksoottista materiaalitilaa ei ole löydetty luonnosta. Ne voivat mahdollistaa uudenlaisen grafeenipohjaisen alustan topologiselle kvanttilaskennalle”, Jose Lado sanoo.

Lisätietoja englanniksi:

Artikkeli: Spontaneous valley spirals in magnetically encapsulated twisted bilayer graphene

Jose Lado
Professori
Aalto-yliopisto
[email protected]

  • Julkaistu:
  • Päivitetty:

Lue lisää uutisia

vaalea-asuinen nainen istuu ikkunan edessä ja hymyilee
Nimitykset, Yliopisto Julkaistu:

Professori Maarit Salolainen: ”Tekstiilialan kestävyysongelmiin voidaan vastata monialaisen yhteistyön avulla”

Tekstiilisuunnittelun professori haluaa tiivistää yhteistyötä niin eri alojen tutkimuksen kuin yliopiston ja alan teollisuuden sekä jälleenmyyjien välillä, jotta muutos parempaan tapahtuu.
Vili Lehdonvirta, kuva:Mikko Raskinen, Aalto-yliopisto
Mediatiedotteet Julkaistu:

Lepääkö valtionhallinto kellarista löytyvien palvelimien vai Amazonin päällä? Vili Lehdonvirta tarkastelee kehitystä ajan ja pilvien yli

Tietotekniikan laitoksen professori Vili Lehdonvirta on saanut Euroopan tutkimusneuvoston Advanced Grant -rahoituksen. Sen suuruus on 2,5 miljoonaa euroa, ja hanke kestää viisi vuotta. Tutkimuksessaan Lehdonvirta kehittää menetelmiä, joiden avulla voidaan piirtää kartalle pilvi-imperiumien laajuus ja sijainti.
Tiny plant with text aside Unite! Seed Fund 2024
Palkinnot ja tunnustukset, Yhteistyö Julkaistu:

Unite! Seed Fund 2024: Aalto mukana 13 rahoitusta saaneessa hakemuksessa

Unite! Seed Fund -rahaston tavoitteena on kannustaa ja tukea opettajien, tutkijoiden ja opiskelijoiden yhteistyöhankkeita.
Tutkimuslaitteistoa ja muovihansikkaisiin puetut kädet.
Mediatiedotteet Julkaistu:

Uudenlainen menetelmä soluviljelyyn antaa tietoa syövän biomekaniikasta

Tutkijoiden kehittämän uuden teknologian avulla voidaan havainnoida solutason mekaniikkaa soluviljelmissä.