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:
Jaa
URL kopioitu

Lue lisää uutisia

The magnetic properties of a material can affect how it interacts with light.
Mediatiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Tutkijoille läpimurto: Yksisuuntaisen lasin kehitys vihdoin mahdollista

Tutkijat kehittivät uuden metamateriaalin, joka voi toimia monenlaisten teknologisten innovaatioiden pohjana.
Mikko Alava ja kolme muuta tutkimusryhmän jäsentä kuvattuna teknisen laitteen äärellä.
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Suomen Kulttuurirahastolta suuria apurahoja tieteelle

Apurahan tieteeseen tai taiteeseen sai 30 henkilöä tai ryhmää Aalto-yliopistosta.
Kuvitus puun istuttamisesta haudalle ja puun kasvusta
Palkinnot ja tunnustukset Julkaistu:

Lappset-stipendin sai maisema-arkkitehti Anu Hakola

Hakola käsittelee diplomityössään muistopuita ja niiden merkitystä osana vainajien muistelua.
Photo
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Katsaus Aallon avoimiin julkaisuihin 2023

90 % Aallon vuoden 2023 tieteellisistä lehtiartikkeleista on avoimesti saatavilla.