Aalto-yliopisto

Eurooppalainen jättirahoitus uusien kvanttimateriaalien tutkimukseen

Jaa

Professori Peter Liljeroth on saanut Euroopan tutkimusneuvostolta miljoonarahoituksen kvanttimateriaalien kehittämiseen. Uusista materiaaleista toivotaan rakennusainesta toistaiseksi ennennäkemättömiin kvanttilaitteisiin.

Kvanttiteknologiasta hahmotellaan ratkaisua monenlaisiin ihmiskuntaa koetteleviin haasteisiin aina ilmastonmuutoksesta ja parantumattomista sairauksista koti-Suomen matavaan talouskehitykseen saakka. Uusi teknologia kuitenkin edellyttää uudenlaisia ja ennennäkemättömiä materiaaleja. Näiden tuottaminen on tutkijoille valtava haaste.

Pian alkava suomalainen jättiprojekti pyrkii kehittämään näitä kriittisiä rakennuspalikoita tulevaisuuden kvanttilaitteiden mahdollistamiseksi. Aalto-yliopiston teknillisen fysiikan professori, uuden Suomen kvanttilippulaivan johtaja Peter Liljeroth on saanut Euroopan tutkimusneuvostolta miljoonarahoituksen kvanttimateriaaleja koskevaan tutkimukseen. Hanke alkaa vuodenvaihteessa ja sen toivotaan tulevaisuudessa mahdollistavan teknologioita, joita ei vielä ehkä osata edes kuvitella.

Sanalla kvanttimateriaali ei viitata materiaaleihin siinä merkityksessä kuin käsite tavallisesti ymmärretään. Siinä missä esimerkiksi puu, muovi tai metalli itsessään ovat tavanomaisia materiaaleja, kvanttimateriaalilla puolestaan viitataan erityisiin sähköisiin ominaisuuksiin, joita tavanomaiset materiaalit voivat tiettyjen edellytysten täyttyessä saada.

Yksi esimerkki kvanttimateriaalista on suprajohde, jota luonnehtii sen kyky johtaa sähköä täysin ilman vastusta. Suprajohtavuus astuu kuvaan silloin, kun aineen – esimerkiksi elohopean – lämpötila lähestyy absoluuttista nollapistettä. Suprajohteet on tunnettu jo yli sata vuotta ja niitä käytetään rutiininomaisesti esimerkiksi magneettikuvantamisessa.

Uusiakin kvanttimateriaaleja kuitenkin tarvittaisiin. Ongelma on, että niitä on helpompi keksiä teoriassa kuin valmistaa käytännössä. Tämä johtuu siitä, että vaikka kvanttimateriaalien raaka-aineiksi tarvittavia aineita löytyykin luonnosta, kvanttiominaisuuksia niillä ilmenee vasta, kun niiden elektronit saadaan vuorovaikuttamaan sopivasti.

“Olisi hirveän kätevää, jos tähän olisi systemaattinen menetelmä. Näin pystyisimme tekemään ja tuunaamaan uusia  kvanttimateriaaleja”, Liljeroth kuvaa tutkimuksen tavoitetta.

Liljerothin tutkimusryhmän erityinen tutkimuskohde ovat niin sanotut kaksiulotteiset (2D-) heteromateriaalit. Niiden valmistamiseksi tutkijat tuovat yhteen kaksi ohuen ohutta – vain yhden tai muutaman atomin paksuista – kerrosta materiaaleista, jotka normaalisti eivät esiinny yhdessä. Näin syntyvässä keinotekoisessa materiaalissa tutkijat pystyvät hallitsemaan elektronien vuorovaikutuksia, ja sen seurauksena uuden materiaalin ominaisuudet ovat enemmän kuin osiensa summa.

Monenlaisia sovelluksia

Vaikka uusien kvanttimateriaalien käyttötarkoitusta voi vasta hatarasti arvailla, inspiraatiota ajatusleikkiin voi etsiä nykyisistä kvanttilaitteista.

Näistä tunnetuimpia lienevät kvanttitietokoneet, joiden laskentatehon ajatellaan tulevaisuudessa olevan astronominen suhteessa tavallisiin tietokoneisiin. Ja silti ne nykyisellään ovat, Liljerothin luonnehdinnan mukaan, vielä “kehittymättömiä, pienen skaalan kvanttitietokoneita”, joita riivaavat monenlaiset ongelmat. Uudentyyppiset kvanttimateriaalit saattaisivat ratkaista haasteita mahdollistamalla uudenlaisten kubittien – eli kvanttitietokoneiden bittien – rakentamisen. 

Toisaalta kvanttitietokoneet ovat vain yksi esimerkki kvanttilaitteista, ja vaikkapa kvanttisensorit eli huippuherkät mittauslaitteet mahdollistavat jo nyt muun muassa lämpösäteilyn mittaamista tasolla, josta vähän aikaa sitten voitiin vain unelmoida.

Viisivuotinen projekti sai Euroopan tutkimusneuvostolta 2,5 miljoonan rahoituksen. Tutkimuksessa hyödynnetään OtaNanon tutkimusinfrastruktuuria.

Avainsanat

Yhteyshenkilöt

Peter Liljeroth
Professori, Aalto-yliopisto
peter.liljeroth@aalto.fi
050 363 6115

Kuvat

Peter Liljeroth. Kuva: Gavin Pugh / Aalto-yliopisto
Peter Liljeroth. Kuva: Gavin Pugh / Aalto-yliopisto
Lataa

Linkit

Tietoa julkaisijasta

Aalto-yliopistossa tiede ja taide kohtaavat tekniikan ja talouden. Rakennamme kestävää tulevaisuutta saavuttamalla läpimurtoja avainalueillamme ja niiden yhtymäkohdissa. Samalla innostamme tulevaisuuden muutoksentekijöitä ja luomme ratkaisuja maailman suuriin haasteisiin. Yliopistoyhteisöömme kuuluu noin 13 000 opiskelijaa ja yli 4 500 työntekijää, joista 400 on professoreita. Kampuksemme sijaitsee Espoon Otaniemessä.

Tilaa tiedotteet sähköpostiisi

Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.

Lue lisää julkaisijalta Aalto-yliopisto

OP Ryhmän Tutkimussäätiön rahoittama hanke selvittänyt pankkiirien sukulaisten sijoitusintoa, ulkonäön vaikutusta palkkaukseen, varjopankkitoimintaa ja paljon muuta10.10.2024 07:45:00 EEST | Tiedote

Aalto-yliopiston, Jyväskylän yliopiston ja Vaasan yliopiston toteuttama kolmivuotinen tutkimushanke on pureutunut rahoitusalaan ja rahoitusinstituutioihin tavanomaista syvemmälle. Hankkeen eri tutkimuksissa onkin jo paljastunut paljon perinteisen pankkitutkimuksen yli ulottuvaa – ja yhtä lailla arvokasta – tietoa.

Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.

Tutustu uutishuoneeseemme
HiddenA line styled icon from Orion Icon Library.Eye