Kultananoklustereista uusia muokattavia materiaaleja nanoelektroniikkaan
Kultananoklustereista rakennetut uudet MOF-materiaalit voivat mullistaa nanoelektroniikan. Kansainvälisellä tutkimustyöllä onnistuttiin kehittämään neljä innovatiivista materiaalia, joiden sähkönjohtavuus ja puolijohdemainen käyttäytyminen avaavat uusia mahdollisuuksia elektronisten ominaisuuksien tarkkaan hallintaan.
Ryhmä kulta-atomeja, joita kutsutaan kultananoklustereiksi, voi käyttäytyä kuin yksittäiset atomit. Kun nämä klusterit liitetään toisiinsa kolmiulotteiseksi verkostoksi metalli-ionien avulla, syntyy uusia materiaaleja, joiden ominaisuuksia voidaan hienosäätää tarkasti eri käyttötarkoituksiin. Tällaisia materiaaleja kutsutaan klusteripohjaisiksi MOF-materiaaleiksi (MOF = metal-organic framework).
Materiaalien sähkönjohtavuus moninkertaistui
Pohangin yliopiston (Etelä-Korea) ja Jyväskylän yliopiston Nanotiedekeskuksen tuoreessa tutkimusyhteistyössä onnistuttiin valmistamaan neljä uutta MOF-materiaalia kultananoklustereista. Jyväskylän yliopiston laskennallisen nanotieteen professori Hannu Häkkisen johtama tutkimusryhmä vastasi näiden uusien MOF-materiaalien ominaisuuksien tutkimisesta laskennallisin keinoin.
- Havaitsimme tutkimuksessamme, että klustereiden välisen etäisyyden pienentäminen paransi materiaalin sähkönjohtavuutta jopa 31-kertaisesti, selventää laskennallisen nanotieteen professori Hannu Häkkinen Jyväskylän yliopistosta.
Klusteriverkostot mullistavat materiaalien suunnittelun
Tiheysfunktionaaliteoriaan perustuvat supertietokonelaskut osoittivat, että näiden materiaalien elektroniset ominaisuudet ovat lähellä perinteisiä puolijohdemateriaaleja. Tutkimus osoitti myös, että klustereita yhdistävän metalli-ionin elektronirakenne vaikuttaa merkittävästi materiaalin johtavuuteen.
- Yksittäisten kultaklustereiden ominaisuudet ovat jo hyvin tunnettuja ja tutkittuja. Klustereiden yhdistäminen verkostoiksi erilaisten metalli-ionien kautta mahdollistaa materiaalien suunnittelun ja niiden elektronisten ominaisuuksien muokkaamisen tarkasti. Erityisesti näiden materiaalien puolijohdemainen käyttäytyminen ja säädettävä johtavuus avaavat uusia mahdollisuuksia nanoelektroniikassa, kertoo väitöskirjatutkija Hanna Jääskö Jyväskylän yliopistosta.
Tutkimus osa kvanttialan tohtorikoulutuspilottia
Laskennallinen tutkimus oli osa Suomen kvanttilippulaivan tohtorikoulutuksen pilottiohjelmaa (Quantum Doctoral Pilot Programme, QDoc), jossa Hanna Jääskön väitöskirjaprojektin tavoitteena on tutkia klusteripohjaisia materiaaleja ja niiden mahdollisia sovelluskohteita esimerkiksi kvanttiteknologiassa ja kvanttimateriaaleina. Työn laskennallisessa osassa käytettiin Tieteen tietotekniikan keskuksen (CSC) Mahti-supertietokonetta.
Artikkelin tiedot:
-
Kim, S., Jääskö, H., Park, K. C., Malola, S., Häkkinen, H., & Park, S. S. Tuning the Electrical Properties through Metal-Ion-Mediated Assembly in Au25 Nanocluster- Based Frameworks. Journal of the American Chemical Society Vol. 147, p. 30803 (2025).
Avainsanat
Yhteyshenkilöt
Väitöskirjatutkija Hanna Jääskö, hanna.e.jaasko@jyu.fi
Laskennallisen nanotieteen professori Hannu Häkkinen, hannu.j.hakkinen@jyu.fi, +358400247973
Elina LeskinenViestinnän asiantuntija
Puh:+358 50 461 7880elina.leskinen@jyu.fiKuvat
Jyväskylän keskustassa sijaitsevan yliopiston kauniilla puistokampuksella sykkii monitieteinen ja moderni tiedeyliopisto – ihmisläheinen ja dynaaminen yhteisö, jonka 2500 asiantuntijaa ja 15 000 opiskelijaa etsivät ja löytävät vastauksia huomisen kysymyksiin. Jyväskylän yliopisto on ollut tulevaisuuden palveluksessa jo vuodesta 1863, jolloin suomenkielinen opettajankoulutus sai alkunsa täältä. Voimanlähteenämme on moniarvoinen vuoropuhelu tutkimuksen, koulutuksen ja yhteiskunnan välillä. Vaalimme tutkimuksen ja koulutuksen tasapainoa sekä ajattelun avoimuutta – sytytämme taidon, tiedon ja intohimon elää viisaasti ihmiskunnan parhaaksi. www.jyu.fi
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 Jyväskylän yliopisto
Jyväskylän yliopisto sai 500 000 euroa teollisuuden energiajärjestelmien kustannustehokkuuden ja päästöjen optimoinnin tutkimukseen12.12.2025 10:00:00 EET | Tiedote
Suomen Akatemia myönsi informaatioteknologian tiedekunnan professori Kaisa Miettisen monitavoiteoptimoinnin tutkimusryhmälle 500 000 euron rahoituksen Teollisuuden energiajärjestelmät osana kestävää ilmastoneutraalia yhteiskuntaa -hankkeeseen. Hanke tutkii prosessiteollisuuden energiajärjestelmiä. Tarkoituksena on järjestelmien energia- ja kustannustehokkuuden sekä päästöjen optimointi. Hankkeessa tehdään yhteistyötä Aalto-yliopiston kanssa.
Väitös: Piipinnan päälle valmistetut DNA-origami hilat avaavat mahdollisuuksia ison mittakaavan nanovalmistukselle (Parikka)12.12.2025 09:00:00 EET | Tiedote
Jyväskylän yliopiston väitöstutkimuksessa kehitettiin DNA-origameista kaksiulotteisia verkkomaisia rakenteita piipinnoille ja selvitettiin, miten erilaiset olosuhteet vaikuttavat niiden muodostumiseen. Tulokset avaavat uusia mahdollisuuksia DNA-avusteisen litografian käytössä ja sitä kautta uudenlaisten materiaalien valmistuksessa, esimerkiksi optiikan sovelluksiin.
Koneen Säätiöltä lähes kolme miljoonaa euroa Jyväskylän yliopistoon11.12.2025 14:00:00 EET | Tiedote
Syksyn 2025 yleisessä haussa Koneen Säätiö myönsi Jyväskylän yliopistoon kaikkiaan 16 apurahaa, joiden yhteissumma nousi 2 924 700 euroon.
Väitös: Yritysjohto ja etujärjestöt ovat keskeisiä toimijoita kansallisen suurstrategian muotoutumisessa11.12.2025 12:38:16 EET | Tiedote
KTM Roosa Oinasmaa tutki Jyväskylän yliopiston kauppakorkeakoulussa tekemässään strategian ja yrittäjyyden väitöskirjassaan, miten yritysjohto ja etujärjestöt vaikuttavat kansallisen suurstrategian muotoutumiseen. Tulokset osoittavat, että suurstrategia ei ole yksittäinen valtion muovaava suunnitelma, vaan pitkän aikavälin prosessi, jossa yritysjohto, etujärjestöt ja valtionhallinto neuvottelevat kansallisista tavoitteista ja resurssien käytöstä.
Tutkijat opettivat heliksit vaihtamaan muotoa11.12.2025 12:13:14 EET | Tiedote
Jyväskylän yliopiston tutkijat ovat löytäneet yksinkertaisen tavan ohjelmoida synteettisiä molekyylejä niin, että ne voivat muodostaa tiettyjä spiraalimaisia rakenteita upottamalla ohjeet suoraan niiden sekvenssiin. Tämä läpimurto voi johtaa uusiin älykkäisiin materiaaleihin ja molekyylilaitteisiin, jotka sopeutuvat ympäristöönsä.
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