Suprajohteita vaikka atomi kerrallaan

Elektroniikan tulevaisuus perustuu uudenlaisiin materiaaleihin. Joskus kuitenkin atomien luonnostaan esiintyvä topologia vaikeuttaa uusien fyysisten vaikutusten luomista. Tämän ongelman ratkaisemiseksi Zürichin yliopiston tutkijat ovat onnistuneesti suunnitelleet suprajohteita atomi kerrallaan luoden uusia aineen tiloja.

Äskettäin julkaistussa tutkimuksessa UZH:n professori Titus Neupertin tutkimusryhmä, joka teki yhteistyötä Max Planck Instituten fyysikoiden kanssa, esitteli mahdollisen ratkaisun.

Tutkijat tekivät kaipaamansa materiaalit itse – yksi atomi kerrallaan. He keskittyvät uudentyyppisiin suprajohteisiin, jotka ovat erityisen mielenkiintoisia, koska ne tarjoavat nollatason resistanssin matalissa lämpötiloissa.

Jännittävässä yhteistyössä UZH:n tutkijat ennustivat teoriassa, kuinka atomit pitäisi järjestää uuden suprajohtavan faasin luomiseksi ja Saksan ryhmä suoritti sitten kokeita asiaankuuluvan topologian toteuttamiseksi.

Pyyhkäisytunnelointimikroskoopilla he siirsivät ja asettivat atomit oikeaan paikkaan atomin tarkkuudella. Samalla menetelmällä mitattiin myös järjestelmän magneettisia ja suprajohtavia ominaisuuksia. Kerrostamalla kromiatomeja suprajohtavan niobin pinnalle tutkijat pystyivät luomaan kaksi uutta suprajohtavuustyyppiä.

Samanlaisia menetelmiä on aiemmin käytetty metalliatomien ja -molekyylien manipuloimiseen, mutta tähän mennessä ei ole koskaan ollut mahdollista valmistaa kaksiulotteisia suprajohtimia tällä lähestymistavalla.

Tulokset eivät ainoastaan vahvista fyysikkojen teoreettisia ennusteita, vaan antavat myös aihetta spekuloida, mitä muita uusia aineen tiloja tällä tavalla saattaisi syntyä ja miten niitä voitaisiin käyttää tulevaisuuden kvanttitietokoneissa.

Kesän aikana kohistiin myös korealaistutkijoiden esittämästä suprajohdetutkimuksesta, joka on toistaiseksi vielä varmentamatta.

Aalto yliopiston professori Päivi Törmä vetää maailmanlaajuista SuperC-konsortio tutkimusryhmää, joka pyrkii toteuttamaan huoneenlämmössä toimivan suprajohteen vuoteen 2033 mennessä.

Viime vuonna koottu konsortio on tuonut yhteen suprajohtavan fysiikan, koneoppimisen ja materiaalitieteen johtavia asiantuntijoita maailmanlaajuisesti.

SuperC-tiimin työ ponnistaa viime aikojen tieteellisistä läpimurroista. Törmä ja monet muut konsortion jäsenet ovat hiljattain tehneet uraauurtavaa työtä muun muassa ”tasaisilla energiavöillä” olevien elektronien parissa, käytännössä osoittamalla, että elektronien kvanttitilojen ominaisuuksia voidaan hyödyntää mahdollistamaan suprajohteiden laajempaa käyttöä. Lisäksi koneoppimisen hyödyntäminen uusien materiaalien löytämisessä vie työtä eteenpäin.

Aiheesta aiemmin:

Topologinen suprajohtavuus ilman suprajohteita

Magnetismi ja korkean lämpötilan suprajohteet