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

Elderly people spending time outdoors in the yard and garden, a student work Outdoors by Luiza Sevele
Tutkimus ja taide, Opinnot Julkaistu:

Muistisairaiden asumisen tueksi tarvitaan joustoa ja yhteisöllisyyttä

Millaisia ovat muistisairaiden tulevaisuuden asumisratkaisut, ja millaisia niiden tulisi olla?
Suomen Akatemia
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Suomen Akatemian avoimen julkaisemisen vaatimukset muuttuvat

Plan S:n mukaista välitöntä avointa julkaisemista edellytetään hankkeissa, jotka on rahoitettu Suomen Akatemian 1.1.2021 jälkeen avaamissa hauissa. Käytännössä uudet vaatimukset koskevat vuonna 2022 alkavia tai jatkorahoituksen saaneita projekteja. Tarkistathan rahoituspäätöksen mukana tulleet rahoitusehdot huolellisesti.
Learning Centre, Main lobby
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Palvelutiskin remontti Harald Herlin -oppimiskeskuksessa alkaa

Palvelutiskin remontti alkaa 27.6.22. Pahoittelemme remontista aiheutuvaa melua.
Juhlapukuihin sonnustauneet ihmiset laskeutuvat portaita alas kohti kameraa
Tutkimus ja taide, Yliopisto Julkaistu:

Vuoden 2022 tekniikan alojen promootiossa ennätysmäärä uusia tohtoreita

Yliopistomaailman arvokkainta akateemista juhlaa vietettiin Otaniemen kampuksella 17. kesäkuuta. Edellinen tohtoripromootio järjestettiin vuonna 2019 ja vuosittaista perinnettä jouduttiin lykkäämään kaksi kertaa. Tästä johtuen tänä vuonna Dipolissa järjestetyt juhlallisuudet olivat ennätyssuuret.