Tutkijat tunnistivat reseptin atomien paksuisen metallin vakauttamiseen - askel kohti nanoelektronisia ja energiateknisiä ratkaisuja
Metalleenit ovat atomien paksuisia metalleja, joiden ainutlaatuiset ominaisuudet tekevät niistä erittäin lupaavia nanomittakaavan sovelluksissa. Niiden äärimmäinen ohuus tekee niistä kuitenkin hauraita. Nyt Jyväskylän yliopiston Nanotiedekeskuksen tutkijat ovat onnistuneet tunnistamaan periaatteet, joilla niiden vakautta voi maksimoida. Ratkaisu voi avata mahdollisuuksia materiaalien suunnittelussa, nanoelektroniikassa, energian tuotannossa ja biolääketieteessä.
Metalleeneilla on poikkeuksellisia ominaisuuksia, jotka tekevät niistä erittäin kiinnostavia edistyneen elektroniikan, energian varastoinnin, antureiden ja katalyysin sovelluksissa. Niiden valmistusta on kuitenkin hankaloittanut taipumus epävakauteen, joka johtuu metallisidoksista.
- Tutkimusryhmämme tavoitteena oli käyttää laajamittaista laskennallista menetelmää metalleenien rajapintojen systemaattiseen ja mikroskooppiseen analysointiin, jotta voisimme tunnistaa keskeiset tekijät niiden vakauden parantamiseksi, selventää tutkimusryhmän johtaja, fysiikan professori, Pekka Koskinen Jyväskylän yliopistosta.
Geometria ratkaisee metalleenien vakauden
Haasteen ratkaisemiseksi tutkijat käyttivät tehokasta laskennallista lähestymistapaa, jossa yhdistyi kvanttimekaaninen mallinnus ja edistyksellinen koneoppimismalli. Tämän avulla tutkijat pystyivät analysoimaan 1080 eri grafeeni-metalleenirajapinnan ominaisuudet.
- Havaitsimme, että rajapinnan vakaus nojaa sileisiin, hyvin yhteensopiviin geometrioihin. Tällaiset siistit rajapinnat kestävät tehokkaasti virheitä ja mekaanista rasitusta, kun taas epäsäännölliset rajat tuovat epävakautta, kertoo teoreettiset simulaatiot suorittanut tutkijatohtori Mohammad Bagheri Jyväskylän yliopistosta.
Koneoppiminen nopeuttaa uusien materiaalien suunnittelua
Tutkijat havaitsivat myös, että yleisesti ottaen kaikkein vankimmat rajapinnat muodostuivat siirtymämetalleista. Lisäksi tutkimus vahvisti koneoppimismallien käytön atomitasolla tapahtuvan rajapinnan käyttäytymisen ennustamisessa, mikä tarjoaa uuden työkalun uusien materiaalien suunnittelun ja rakenneseulonnan nopeuttamiseen.
- Tämä systemaattinen ymmärrys tarjoaa hyödyllisiä geometrisia nyrkkisääntöjä vakauden saavuttamiseksi. Näin tutkimus tarjoaa tietoutta entistä vankempien ja isompien metalleenirakenteiden valmistamiseen, sanoo Koskinen.
Tietoutta tarvitaan metalleenien siirtämiseksi tutkimuslaboratoriosta käytännön korkean suorituskyvyn laitteisiin. Tutkimus ottaa siten tärkeän askeleen kohti metallien soveltamista korkean teknologian aloilla, kuten elektroniikassa, energian muuntamisessa ja biolääketieteessä.
Tulokset julkaistiin Nanoscale-lehdessä ja esiteltiin 2025 Nanoscale HOT Article Collection -kokoelmassa.
Artikkelin tiedot:
-
M. Bagheri and P. Koskinen, Lateral Graphene-Metallene Interfaces at the Nanoscale, Nanoscale 17, (2025).
-
DOI numero: 10.1039/D5NR02770E
-
Linkki artikkeliin: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/nr/d5nr02770e
Avainsanat
Yhteyshenkilöt
Tutkijatohtori Mohammad Bagheri, +358468496620, mohammad.m.bagheri@jyu.fi
Professori Pekka Koskinen, +358408054089, pekka.j.koskinen@jyu.fi
Kuvat
Linkit
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
Yhteistyöllä lisää liikettä - Keski-Suomen kunnat ja tutkijat kehittivät liikkumisohjelmia yhteistyössä4.12.2025 14:59:46 EET | Tiedote
Keski-Suomen kunnat ja liikuntatieteellisen tiedekunnan tutkijat ovat yhdessä kehittäneet liikkumisohjelmia ja kokeiluja, joilla edistetään kuntalaisten liikkumista. LIIKE-hankkeen loppuseminaarissa 2.12. koottiin yhteen tuloksia ja julkaistiin työkirja, joka tukee kuntia liikkumisohjelmien kehittämistyössä jatkossa.
Väitös: Avain onnistuneeseen draamatyöskentelyyn on oppilasta arvostavassa kohtaamisessa4.12.2025 07:58:00 EET | Tiedote
Draamakasvatuksella on tutkitusti osoitettu olevan lukuisia hyötyjä oppimiselle ja oppilaan kasvulle. FM Enni Junttila perehtyi väitöstutkimuksessaan siihen, miten näitä hyötyjä saavutetaan ja mikä on opettajan rooli niiden saavuttamisessa.
Charlotte Maddinson tuo suomalaista osaamista Euroopan komission Nature Credits tiekartan työryhmään4.12.2025 07:05:00 EET | Tiedote
Jyväskylän yliopiston väitöskirjatutkija Charlotte Maddinson on valittu yhdeksi Euroopan unionin 140 asiantuntijasta, jotka osallistuvat Euroopan komission Nature Credits -työryhmään. Työryhmän tehtävänä on kehittää luontoarvomarkkinoita ja edistää kestävää ja kilpailukykyistä taloutta, joka on sopusoinnussa luonnon kanssa.
Onko kevyempi aina kovempi? - Kehonkoostumuksen yhteydet huippukestävyysurheilijoiden suorituskykyyn4.12.2025 06:30:00 EET | Tiedote
Tuoreen tutkimuksen mukaan rasvaprosentin pieneneminen voi parantaa suorituskykyä kestävyysjuoksussa ja maastohiihdossa. Naisurheilijoilla tehokkaampi tapa kehonkoostumuksen optimointiin on kuitenkin painonpudotuksen sijaan rasvakudoksen muuttaminen lihaskudokseksi. Tutkija ja hiihtäjä Oona Kettunen korostaa, että painon ja kehonkoostumuksen optimointiin liittyvien riskien vuoksi niitä tulee harjoittaa vasta huippu-urheiluvaiheessa aikuisiässä.
Jyväskylän yliopiston kauppakorkeakoulun uusi yrittäjyyden professori Mikko Rönkkö haluaa panostaa opetuksen laatuun ja tekoälyn hyödyntämiseen opetuksessa ja tutkimuksessa3.12.2025 13:15:24 EET | Tiedote
Jyväskylän yliopiston kauppakorkeakoulussa syyskuussa yrittäjyyden professorina aloittanut Mikko Rönkkö haluaa haastaa itsensä opettajana ja opettamisen kehittämisessä. Tutkimuksen puolella hän on keskittynyt määrälliseen yrittäjyystutkimukseen. Tekoälyä monipuolisesti opetuksessaan ja tutkimuksessaan hyödyntävällä Rönköllä on myös vankkaa kokemusta yrittäjyydestä.
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