Mittava EU-rahoitus nanomateriaalien tutkimiseen

Kezilebieke Shawulienun tutkimus keskittyy designer-kvanttimateriaaleihin, joka on keskeinen tutkimuskohde tiiviin aineen fysiikan alalla.
”Designer- eli keinotekoiset kvanttimateriaalit tarjoavat erinomaisen mahdollisuuden tutkia uutta fysiikkaa ja ilmiöitä, joita on erittäin vaikea löytää luontaisesti eristetyistä materiaaleista”, Kezilebieke kertoo.

Sen lisäksi, että näiden synteettisten materiaalien avulla saadaan uutta tietoa monen hiukkasen fysiikasta laboratorioympäristössä, ne mahdollistavat myös uusia teknologisia sovelluksia kvantti-informaatiotieteen alalla. Viime aikoina näissä materiaaleissa on saatu aikaan eksoottisia suprajohteita, joita voitaisiin käyttää hyväksi virheitä sietävässä topologisessa kvanttilaskennassa.

”Keskeinen haaste on säilyttää hybridimateriaalien eri komponenttien yksittäiset kvanttimekaaniset vuorovaikuttavat tilat kuten magnetismi tai suprajohtavuus, ja samalla säätää niiden välisten vuorovaikutusten voimakkuutta. Tämä edellyttää tarkkaa nanovalmistusta, ja tällaisten järjestelmien monimutkaisuus tekee näytteiden tarkan prosessoinnin vaikeaksi. Tässä ERC-projektissa käytän suunnittelualustana kaksiulotteisia atominohuita materiaaleja. Koska niissä kerrokset ovat vuorovaikutuksessa vain heikkojen voimien avulla, yksittäiset kerrokset voivat säilyttää luontaiset ominaisuutensa. Näin voidaan tutkia uudentyyppisiä materiaaleja, jotka voidaan toteuttaa yhdistelemällä ominaisuuksia, joita ei luonnossa esiinny yhdessä", Kezilebieke sanoo.

ERC-hankkeen päätavoitteena on toteuttaa kokeellisesti 2D-topologisia suprajohteita niin kutsutuissa van der Waals -heterorakenteissa ja tutkia näin syntyviä emergenttejä aineen olomuotoja. Näitä olomuotoja manipuloidaan myös ulkoisilla ärsykkeillä kuten magneettikentällä, lämpötilaa muuttamalla ja tuomalla mukaan aineita jotka aikaansaavat kemiallisia reaktioita 2D-pinnoilla

Kaksiulotteisten korkealaatuisten van der Waals -heterorakenteiden valmistamiseen käytetään molekyylisuihku-epitaksikasvatuslaitteita ja tuloksena syntyvien emergenttien olomuotojen ominaisuuksien tutkimiseen matalan lämpötilan pyyhkäisytunnelointimikroskopiaa (LT-STM) ja spektroskopiaa (STS).

”Rahoituksen ansiosta voin perustaa oman ryhmän, mikä on akateemisen urani kannalta ratkaisevan tärkeää. Se tarjoaa minulle mahdollisuuden tutkia näitä ilmiöitä ja avaa ennennäkemättömiä mahdollisuuksia hyödyntää niitä teknologisiin tarkoituksiin. Olen todella innoissani päästessäni aloittamaan tämän hankkeen Nanotiedekeskukseen pian asennettavan matalan lämpötilan STM:n avulla", Kezilebieke sanoo.