Grafeenista loihdittu kvanttimateriaali ilmentää samoja ominaisuuksia kuin harvinaisten maametallien yhdisteet
Ainutlaatuisten kvanttiominaisuuksien ansiosta harvinaisten maametallien yhdisteet ovat kiehtoneet tutkijoita jo 1970-luvulta saakka. Näissä yhdisteissä voi saada aikaan esimerkiksi topologista suprajohtavuutta, joka on tarpeellinen kvanttitietokoneiden rakentamisessa. Harvinaisten maametallien käyttöä kvanttiteknologioissa rajoittavat kuitenkin niiden sisältämät radioaktiiviset yhdisteet, kuten uraani ja plutonium. Näihin yhdisteisiin perustuvat tekniset sovellukset ovat siksi loistaneet poissaolollaan.
Harvinaisten maametallien yhdisteisiin perustuvia suprajohtavia materiaaleja kutsutaan raskaiksi fermionimateriaaleiksi, koska niillä vaikuttaa olevan paljon enemmän massaa kuin niillä todellisuudessa on. Tutkijat ovat nyt saaneet selville, miten vastaavia suprajohtavia tiloja saadaan aikaan pelkästään grafeenin avulla. Tulokset julkaistiin 7. heinäkuuta Physical Review Letters -lehdessä.
”Tähän asti topologisessa kvanttilaskennassa ei ole juurikaan hyödynnetty raskaiden fermionimateriaalien suprajohtavuuteen perustuvia käytännön sovelluksia. Tämä johtuu osittain siitä, että se on tähän saakka vaatinut uraanin ja plutoniumin kaltaisia harvinaisia ja radioaktiivisia yhdisteitä", sanoo Aalto-yliopiston professori Jose Lado.
Lado osoitti yhdessä sveitsiläisen Paul Scherrer -instituutin tutkijatohtorin Aline Ramiresin kanssa, kuinka raskaita fermionimateriaaleja luodaan edullisesti ja ilman radioaktiivisia aineita. He pystyivät luomaan kolmen toisiinsa kierretyn grafeenikerroksen avulla kvanttitilan, jossa elektronit käyttäytyvät vastaavasti kuin raskaissa fermionimateriaaleissa.
Tutkijat kerrostivat ohuita grafeenilevyjä päällekkäin tietyllä kuviolla ja samalla he kiersivät kutakin levyä suhteessa toisiin levyihin.
"Tutkimuksessa osoitamme, että sama lopputulos voidaan saada aikaan grafeenilla. Vaikka tutkimuksessa osoitamme vain raskaan fermionin esiintymisen, topologisen suprajohtavuuden tutkiminen on luonnollinen seuraava askel. Sillä voi olla uraauurtava vaikutus topologiseen kvanttilaskentaan."
"Raskaiden fermionimateriaalien hyödyntämiselle on nyt olemassa uusi hiilipohjainen materiaalialusta, ja se voidaan toteuttaa ilman harvinaisia maametalleja", Lado toteaa.
Lisätietoja (englanniksi):
Lue lisää uutisia
Millainen luonto elvyttää? Aalto-yliopiston tutkijat avaavat erilaisten viherympäristöjen elvyttävyyden näkyviä ja näkymättömiä piirteitä
Lähellä oleva luonto tekee hyvää – mutta miksi ja miten?
Tekoälyllä tuotetieto talotekniikan menestystekijäksi
Ympäristöraportointi, digitaaliset kaksoset ja tuottavuuden tuntuva nosto eivät onnistu ilman nykyistä parempaa tiedonhallintaa. Talotekniikka 2030 -tutkimusraportti ruotii nykytilanteen haasteita ja esittää ratkaisuja ja case-esimerkkejä, jotka pohjautuvat uusimman tekoälyteknologian hyödyntämiseen.
Yhä harvempi yliopisto-opiskelija jää kotiseudulleen Suomen suurimmissa kaupungeissa – uusi selvitys näyttää kaupunkikohtaiset erot
Aalto-yliopiston kaupunkitaloustieteen tutkimusryhmä AlueAvain on tarkastellut Tilastokeskuksen yksilötason rekisteriaineistojen avulla yliopisto-opiskelijoiden muuttoliikkeitä Suomen suurimmissa kaupungeissa viimeisten 20 vuoden aikana. Tarkastelussa vertailtiin erikseen pääkaupunkiseudun kuntia sekä Tamperetta, Turkua ja Oulua.