Fysiikan Graalin maljan jäljillä: tutkijat kehittävät miljoonarahoituksen turvin huoneenlämmössä toimivia suprajohteita

Tieto- ja viestintätekniikka aiheuttaa arviolta 2–4 prosenttia maailman kaikista hiilidioksidipäästöistä, ja osuus on yhä kasvussa. Nykyisellään tietokoneiden käyttämästä energiasta merkittävä osa myös menetetään hukkalämpönä taivaan tuuliin. Aalto-yliopiston professorin Päivi Törmän johtama maailmanlaajuinen SuperC-konsortio sai äskettäin suomalaisilta säätiöiltä lähes kolmen miljoonan rahoituksen tukemaan työtä, joka onnistuessaan voi ratkaista energiahävikin ongelman.

Nykyinen tieto- ja viestintäteknologia perustuu puolijohteisiin eli materiaaleihin, jotka johtavat sähköä eristemateriaaleja paremmin mutta metalleja huonommin. Kun puolijohteiden avulla siirretään sähkövirtaa, osa käytetystä energiasta päätyy hukkalämmöksi. Jos teknologiassa hyödynnettäisiin puolijohteiden sijaan suprajohteita eli materiaaleja, joissa sähkövirta pääsee tietyissä lämpötiloissa kulkemaan ilman hävikkiä, päästäisiin energiahukasta eroon.

SuperC-konsortio pyrkii toteuttamaan huoneenlämmössä toimivan suprajohteen vuosikymmenen kuluessa. Viime vuonna koottu konsortio on tuonut yhteen suprajohtavan fysiikan, koneoppimisen ja materiaalitieteen johtavia asiantuntijoita maailmanlaajuisesti.

Nykyisellään suprajohteita käytetään muun muassa lääketieteellisessä kuvantamisessa ja hiukkaskiihdyttimen osissa. 

“Ongelma on, että suprajohtavat laitteet toimivat vain äärimmäisen kylmässä lämpötilassa, useimmat vasta noin -269 celsiusasteessa. Jos suprajohtava teknologia saataisiin toimimaan huoneenlämmössä, se voisi tehdä tieto- ja viestintäteknologiasta tuhat kertaa nykyistä energiatehokkaampaa. Lisäksi uudet suprajohteet voivat olla tärkeitä fuusioenergian ja levitoivien junien kehittämisessä”, Törmä kertoo. 

Huoneenlämmössä toimivia suprajohteita pidetäänkin yhtenä fysiikan Graalin maljoista.

"Tällainen ponnistus vaatii kokonaisvaltaista lähestymistapaa. Mietin konsortiota kootessa tarkkaan, miten valita oikeat ihmiset tavoitettamme toteuttamaan.”

Konsortiossa on mukana Suomesta Aalto-yliopisto ja Jyväskylän yliopisto, ulkomailta muun muassa Princetonin ja Columbian yliopistot sekä Max Planck -instituutti. Sen hiljattain saama rahoitus tuli kahdelta suomalaiselta säätiöltä: Jane ja Aatos Erkon säätiö myönsi työhön kaksi miljoonaa euroa ja Mika ja Anu Anttosen äskettäin perustama Keele-säätiö 695 000 euroa.

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.

Päivi Törmä johtaa Aalto-yliopistolla Quantum Dynamics -tutkimusryhmää.