Tunnelointi ja MOF Nobelin palkinnon arvoisia

Vuoden 2025 fysiikan Nobelin palkinto myönnettiin yhteisesti John Clarkelle, Michel H. Devoretille ja John M. Martinisille "makroskooppisen kvanttimekaanisen tunneloinnin ja energian kvantisoinnin löytämisestä sähköpiirissä".

Laureaattien kokeet osoittivat, että kvanttimekaaniset ominaisuudet voidaan konkretisoida makroskooppisessa mittakaavassa.

Tarkentamalla ja mittaamalla piirin kaikkia ominaisuuksia he pystyivät hallitsemaan ja tutkimaan ilmiöitä, jotka syntyivät, kun virta johdettiin suprajohteen läpi. Yhdessä suprajohteen läpi liikkuvat varatut hiukkaset muodostivat järjestelmän, joka käyttäytyi ikään kuin ne olisivat yksi koko piirin täyttävä hiukkanen.

Tutkijoiden tutkima makroskooppinen hiukkasmainen systeemi on aluksi tilassa, jossa virta kulkee ilman jännitettä. Systeemi on loukussa tässä tilassa, ikään kuin esteen takana, jota se ei voi ylittää. Kokeessa systeemi osoittaa kvanttiluonteensa onnistuen poistumaan nollajännitteisestä tilasta tunneloinnin avulla. Systeemin muuttunut tila havaitaan jännitteen ilmestymisenä.

Laureaatit pystyivät myös osoittamaan, että järjestelmä käyttäytyy kvanttimekaniikan ennustamalla tavalla – se on kvantisoitu, mikä tarkoittaa, että se absorboi tai säteilee vain tiettyjä määriä energiaa.

Tietokoneiden mikrosirujen transistorit ovat yksi esimerkki jo vakiintuneesta kvanttiteknologiasta. Tämän vuoden fysiikan Nobel-palkinto on avannut mahdollisuuksia kehittää seuraavan sukupolven kvanttiteknologiaa, mukaan lukien kvanttikryptografia, kvanttitietokoneet ja kvanttisensorit.

Kemian Nobel-palkinnon saajat vuonna 2025 ovat Susumu Kitagawa, Richard Robson ja Omar Yaghi. He ovat luoneet molekyylirakenteita, joissa on suuria tiloja, joiden läpi kaasut ja muut kemikaalit voivat virrata.

Näitä rakenteita, metalli-orgaanisia runkoja eli MOF:eja, voidaan käyttää veden keräämiseen aavikon ilmasta, hiilidioksidin talteenottoon, myrkyllisten kaasujen varastointiin tai kemiallisten reaktioiden katalysointiin.

Näissä rakenteissa metalli-ionit toimivat kulmakivinä, joita yhdistävät pitkät orgaaniset (hiilipohjaiset) molekyylit. Yhdessä metalli-ionit ja molekyylit ovat järjestäytyneet muodostaen kiteitä, jotka sisältävät suuria onteloita.

Vaihtelemalla MOF-rakenteissa käytettyjä rakenneosia kemistit voivat suunnitella niitä tiettyjen aineiden talteenottoa ja varastointia varten. MOF-rakenteet voivat myös käynnistää kemiallisia reaktioita tai johtaa sähköä.

Löytöjen jälkeen kemistit ovat rakentaneet jo kymmeniätuhansia erilaisia MOF-yhdisteitä.

Aiheesta aiemmin:

Kohti petahertsistä fototransistoria

Kaksiulotteisuudella tehostaen

Metallin tavoin johtavia MOFeja

Uusia MOF-katalyyttejä