Suomen Akatemia

Uusi kvanttimateriaali mahdollistaa elektroniset innovaatiot

Jaa

Keinotekoinen kvanttimateriaali käyttää yleisen suhteellisuusteorian fysiikkaa muun muassa elektronisten näkymättömyyslaitteiden perustana. Uudessa tutkimuksessaan Aalto-yliopiston tutkijat Alex Westström ja Teemu Ojanen mallintavat varauksenkuljettajien manipuloitua liikettä Weylin metamateriaaleissa. Siten he voivat luoda keinotekoisen kaarevan geometrian materiaalin sisään. Tutkimus on tehty Suomen Akatemian rahoituksella.

“Ehdottamamme materiaali, jossa varauksenkuljettajat liikkuvat kuten relativistiset hiukkaset kaarevassa avaruudessa, on pienoiskokoinen testilaboratorio kaarevan avaruuden kvanttifysiikalle ja kosmologian ilmiömaailmalle”, kiteyttää Alex Westström.  

Weylin semimetallit ovat aktiivisesti tutkittuja puolijohdemateriaaleja. Koska aineen varauksenkuljettajat käyttäytyvät valonnopeudella liikkuvien massattomien hiukkasten kaltaisesti, niiden liike muistuttaa Einsteinin erityisen suhteellisuusteorian fysiikkaa. Weylin metamateriaaleissa varauksen kuljettajat liikkuvat kaarevassa avaruudessa ja imitoivat yleisen suhteellisuusteorian ilmiömaailmaa.

“Weylin metamateriaalit tarjoavat teoreettisen mahdollisuuden täysin uuden tyyppisiin elektroniikan sovelluksiin, kuten optiikasta tuttuihin fokusoiviin linsseihin”, kertoo Aalto-yliopiston dosentti Teemu Ojanen.

Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria kuvaa gravitaatiota aika-avaruuden kaarevana geometriana, joka määrää kappaleiden liikkeet planeetoista galakseihin. Weylin metamateriaalien teoria yhdistelee kiinteän olomuodon fysiikan, hiukkasfysiikan ja yleisen suhteellisuusteorian ideoita.

Weylin metamateriaalien keinotekoinen kaareva geometria tarjoaa yllättäen myös aivan uuden näkökulman elektroniikan sovelluksiin. Varauksenkuljettajien liikettä voi ohjailla luomalla toivottu geometria materiaaliin.

“Optiikassa on vuosisatojen ajan tiedetty, että valo kulkee nopeinta reittiä. Jos väliaineilla luotu valon tuntema geometria on kaareva, valon säteet kulkevat käyräviivaista reittiä. Optisissa näkymättömyyslaitteissa säteet kiertävät kätketyn esineen. Vastaavan toiminnallisuuden toteuttaminen elektroniikan järjestelmissä voisi mullistaa koko tutkimusalan”, kuvailee Ojanen.  

Tutkimus on ilmestynyt Physical Review X -lehdessä. Tutkimus on suoritettu Aalto-yliopiston Fysiikan laitoksella Theory of Quantum Matter -tutkimusryhmässä.

Artikkelin tiedot

Alex Westström and Teemu Ojanen: Designer curved-space geometry for relativistic fermions in Weyl metamaterials Physical Review X 7 2017. https://journals.aps.org/prx/pdf/10.1103/PhysRevX.7.041026

Yhteyshenkilöt

dosentti Teemu Ojanen
Aalto-yliopisto
teemu.ojanen@aalto.fi
p. 040 5105 406

Suomen Akatemian viestintä
tiedottaja Leena Vähäkylä
p. 029 5335 139
leena.vahakyla@aka.fi

Kuvat

a) Weylin semimetallien ominaisuuksia voi kontrolloida paikallisella materiaaliparametrien manipulaatiolla b) varauksenkuljettajien tuntemaa paikallista geometriaa voidaan säätä sopivalla materiaalin ominaisuuksien muokkauksella. Kuva: Teemu Ojanen
a) Weylin semimetallien ominaisuuksia voi kontrolloida paikallisella materiaaliparametrien manipulaatiolla b) varauksenkuljettajien tuntemaa paikallista geometriaa voidaan säätä sopivalla materiaalin ominaisuuksien muokkauksella. Kuva: Teemu Ojanen
Lataa

Tietoja julkaisijasta

Suomen Akatemia
Suomen Akatemia
Hakaniemenranta 6, PL 131
00531 HELSINKI

029 533 5000http://www.aka.fi/fi

Suomen Akatemia rahoittaa korkealaatuista tieteellistä tutkimusta, toimii tieteen ja tiedepolitiikan asiantuntijana sekä vahvistaa tieteen ja tutkimustyön asemaa. Vuonna 2018 rahoitamme tutkimusta 436 miljoonalla eurolla. Suomen Akatemia saa osan tutkimusrahoitukseen käyttämistään varoista rahapelitoiminnan voittovaroista.  Vuonna 2018 Akatemia käyttää tieteen edistämiseen rahapelitoiminnasta saatuja varoja 70,7 miljoonaa euroa.

Tilaa tiedotteet sähköpostiisi

Haluatko tietää asioista jo ennen kuin ne uutisoidaan? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi yhtä aikaa suomalaisen median kanssa. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.

Lue lisää julkaisijalta Suomen Akatemia

Academy of Finland selects first two competence clusters to the new Flagship Programme18.4.2018 16:15Tiedote

The Academy of Finland today announced the first two competence clusters to be funded under its new Flagship Programme. The two clusters are: CERES - the Competence Centre for the Materials Bioeconomy: A Flagship for our Sustainable Future (Aalto University, VTT Technical Research Centre of Finland Ltd) and 6Genesis - the 6G-Enabled Wireless Smart Society & Ecosystem (University of Oulu).

Arvot ja sukupuoli heijastuvat nuorten yrittäjyys- ja johtajuustavoitteisiin27.3.2018 12:14Tiedote

Ulkoisten palkkioiden ja rahan arvostus sekä toisaalta alhaisempi turvallisuushakuisuus näyttävät heijastuvan nuorten aikuisten kiinnostukseen ryhtyä yrittäjiksi tai tavoitella johtaja-asemaa. Mitä enemmän nuoret aikuiset arvostivat 21-vuotiaina rahaa ja ulkoisia palkkioita, sitä todennäköisemmin heillä oli korkeat tavoitteet ryhtyä yrittäjiksi ja pyrkiä johtajiksi 27-vuotiaina. Tutkimustulos käy ilmi Suomen Akatemian Biofuture2025-akatemiaohjelman hankkeessa tehdystä tutkimuksesta.

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 STT Infossa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.

Tutustu uutishuoneeseemme