Mikromaailman kuvailuun ei riit\u00e4 arkip\u00e4iv\u00e4n ilmi\u00f6it\u00e4 selitt\u00e4v\u00e4 klassinen fysiikka, vaan avuksi tarvitaan kvanttimekaniikkana tunnettu abstrakti fysiikan teoria. Kvanttimekaniikalla on keskeinen merkitys uusien materiaalien ja teknologioiden kehityksess\u00e4, vaikka sen maailmankuva onkin arkij\u00e4rjen kannalta vaikeaselkoinen ja outo.\u00a0<\/p>\n
Suprajohtavuus, eli s\u00e4hk\u00f6virran h\u00e4vi\u00f6t\u00f6n virtaus matalissa l\u00e4mp\u00f6tiloissa, l\u00f6ydettiin vuonna 1911, ja se tarjoaa esimerkin kvanttimekaniikan seurauksista arkisessa kokoluokassa. Ilmi\u00f6 aiheutuu varauksenkuljettajien, elektronien, sitoutumisesta niin sanotuiksi Cooperin pareiksi, jotka muodostavat koko kappaleen kattavan makroskooppisen kvanttitilan.<\/p>\n
\u2013 Nyt julkaistussa tutkimuksessa on saatu vakuuttavia todisteita uudentyyppisest\u00e4, topologisena suprajohtavuutena tunnetusta aineen olomuodosta muutaman atomikerroksen paksuisessa rakenteessa, kertoo kokeiden teoreettista mallinnusta ja tulkintaa johtanut professori Teemu Ojanen<\/strong> Tampereen yliopistosta. <\/p>\n \u00a0Varsinaisista kokeista vastasi professori Peter Liljerothin<\/strong> tutkimusryhm\u00e4 Aalto-Yliopistossa.<\/p>\n Topologisissa suprajohteissa erityinen mielenkiinto kohdistuu niiss\u00e4 ennustettuihin eksoottisiin Majorana-hiukkasiin, joita ei ole aiemmin varmuudella havaittu. <\/p>\n \u2013 Topologisissa suprajohteissa elektronien vuorovaikutukset synnytt\u00e4v\u00e4t Majorana-hiukkasia ja viritystiloja. Tiiviin aineen Majorana-hiukkasilla on ennustettu olevan luonnossa tavattavista alkeishiukkaista poikkeavia ominaisuuksia, joiden takia niit\u00e4 on kaavailtu kvanttitietokoneiden rakennuskomponenteiksi eli kvanttibiteiksi, Ojanen selvitt\u00e4\u00e4.<\/p>\n Design-materiaaleista uusiin hiukkasiin<\/p>\n Design-materiaalit, joissa yhdistet\u00e4\u00e4n eri luonnollisia aineita keinotekoisiksi rakenteiksi, ovat lupaavimpia alustoja topologiselle suprajohtavuudelle. <\/p>\n \u2013 Yhden atomikerroksen paksuisen magneetin yhdist\u00e4minen kerrostuneeseen suprajohteeseen oli ratkaiseva l\u00e4pimurto topologisen suprajohtavuuden tuottamisessa, kertoo Peter Liljeroth.<\/p>\n Tutkitussa kerrosrakenteessa Majorana-hiukkasten on ennustettu kiert\u00e4v\u00e4n magneetin reunoilla (kuva).\u00a0 Kokeessa havaittiin juuri Majorana-hiukkasille tyypillinen reunasignaali.<\/p>\n Mahdollisista teknologisista sovelluksista riippumatta topologiset suprajohteet ja Majorana-hiukkaset ovat keskeinen fysiikan perustutkimuksen kohde ja paljastavat uusia yll\u00e4tt\u00e4vi\u00e4 piirteit\u00e4 kvanttimekaniikasta.\u00a0\u00a0 <\/p>\n \u2013 Topologista suprajohtavuutta on vaikea havaita suoraan, mutta sen olemassaolosta kieliv\u00e4t Majorana-hiukkaset. Nyt havaittu signaali Majorana-hiukkasista kerrosrakenteissa on vakuuttava ja eritt\u00e4in hyvin sopusoinnussa teorian kanssa, summaa Teemu Ojanen.<\/p>\n Jatkossa tutkijoiden tavoitteena on laajentaa nykyisi\u00e4 tuloksia toteuttamalla rakenteita, joissa Majorana-hiukkasia voidaan kontrolloidusti s\u00e4\u00e4t\u00e4\u00e4 ulkoisin kentin. N\u00e4m\u00e4 edistysaskeleet ovat edellytyksi\u00e4 sille, ett\u00e4 topologiset suprajohteet voisivat l\u00f6yt\u00e4\u00e4 tiens\u00e4 jonain p\u00e4iv\u00e4n\u00e4 sovelluksiin. <\/p>\n Lue Nature-tiedelehdess\u00e4 17.12.2020 julkaistu tutkimus Topological superconductivity in a designer ferromagnet-superconductor van der Waals heterostructures<\/a>.<\/p>\n