Tiede mullistaa kvanttimaailman: suomalaiset tutkijat loihtivat esiin unelmamateriaalin

Mistä tässä oikein on kyse?

Hei, tässä on juttu joka saa fyysikot ympäri maailmaa innostaumaan. Suomalaisen tutkijaryhmän käsissä syntyi materiaali, jota on haaveiltu jo 2010-luvun alkupuolelta asti. Melkoinen odotus siis!

Tutkijat kasvattivat uskomattoman ohueen kalvon. Puhutaan kahdesta tinatelluridin atomikerroksesta, jotka asetettiin niobidiselenidin päälle. Älä yritä kuvitella tätä mielessäsi – kyse on rakenteesta, joka on vain muutaman atomin paksuinen. Käytännössä näkymätön.

Miksi tämä on merkittävää?

Tässä materiaali saa minutkin innostumaan. Se on nimittäin niin sanottu topologinen kiteinen eriste. Työläs nimi, tiedän. Mutta homma on yksinkertainen:

Kuvittele moottoritie, jolla autot – tässä tapauksessa elektronit – voivat liikkua vain reunoilla. Nämä reunatiet ovat erikoisia, koska kiteen symmetria suojaa niitä. Vaikka tie olisi vähän epätasainen, elektronit jatkavat matkaansa pysähtymättä. Täysin ruuhkatonta liikennettä siis.

Jännittävä yksityiskohta: rasitus

Tässä tulee se mielenkiintoisin osuus. Tinatelluridikalvo kokee puristusta alla olevan alustan tahdosta. Tutkijat kutsuvat tätä rasitukseksi. Ja tämä rasitus on itse asiassa hyvä juttu!

Se toimii kuin säädin, jolla voi virittää materiaalin kvanttiominaisuuksia. Ajattele kuminauhaa. Kun venytät sitä eri tavoin, sen käyttäytyminen muuttuu. Sama juttu tässä: rasitusta säätämällä tutkijat voivat hallita noiden erikoisreittien toimintaa.

Miksi huoneenlämpötila kiihdyttää tutkijoita?

Yksi kvanttimateriaalien suurimmista ongelmista on ollut niiden toimiminen vain äärimmäisen kylmissä olosuhteissa. Puhutaan absoluuttisen nollan läheisyydestä. Se on miinus 273 celsiusastetta. Ei kovin käytännöllistä arjessa.

Mutta nyt tuli läpimurto. Tällä uudella materiaalilla on yli 0,2 elektronivoltin vyöhykeväli. Tämä tarkoittaa käytännössä sitä, että sen erikoisominaisuudet saattavat säilyä huoneenlämmössäkin. Se on iso juttu, jos haluaa oikeasti hyödyntää näitä materiaaleja tulevaisuuden teknologioissa.

Mitä tämä voi mahdollistaa?

Tutkijat näkevät potentiaalia monella alalla:

• Spintroniikka – tietokoneet, jotka hyödyntävät elektronien spin-ominaisuutta pelkän varauksen sijaan
• Nanomittojen laitteet – äärimmäisen pienet komponentit tulevaisuuden teknologiaan
• Säädettävät kvanttijärjestelmät – materiaalit, joiden toimintaa voi muuttaa lennosta

Toki ollaan vasta alussa. Tämä on perustutkimusta, ei valmista tuotetta. Mutta kyseessä on se perustavanlaatuinen läpimurto, joka voi lopulta johtaa mullistaviin sovelluksiin.

Kaiken yhteenveto

Yli kymmenen vuotta tutkijat ovat ennustaneet, että tällaisen materiaalin pitäisi olla olemassa. Nyt joku viimein rakensi sen ja vahvisti ennusteet. Ja se toimii vielä odotettuakin paremmin – erityisesti tuo huoneenlämpötilapotentiaali.

Joskus tiede on vain hienoa. Yli vuosikymmenen takainen ennuste, joka toteutuu suomalaisessa laboratoriossa. Kvanttiteknologian tulevaisuus tuli askeleen lähemmäksi.

Lähde: ScienceDaily