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 yhteiskunnassa. Pyrimme toiminnassamme siihen, että suomalainen tutkimus uusiutuu, monipuolistuu ja kansainvälistyy. Luomme edellytyksiä tutkijankoulutukselle ja tutkijanuralle, kansainvälistymiselle ja tutkimustulosten hyödyntämiselle. Katamme kaikki tieteen ja tutkimuksen alat. Vuonna 2024 rahoitamme tutkimusta lähes 488 miljoonalla eurolla. Akatemia toimii opetus- ja kulttuuriministeriön hallinnonalalla.

 

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 Suomen Akatemia

Forskningsinfrastrukturer får finansiering från Finlands Akademi1.2.2024 10:05:10 EET | Tiedote

Kommittén för forskningens infrastrukturer vid Finlands Akademi har beviljat elva projekt drygt 22 miljoner euro i finansiering för att bygga och utveckla nationella och internationella forskningsinfrastrukturer. Det här är de andra och sista delbesluten om FIRI 2023-utlysningen. Totalt beviljade Akademin över 52 miljoner euro inom utlysningen. FIRI-finansieringen stöder uppbyggnad och utveckling av högklassiga forskningsinfrastrukturer, som lägger grunden för genomslagskraftig forskning, utveckling och innovation.

Suomen Akatemialta huomattava rahoitus tutkimusinfrastruktuureille1.2.2024 10:05:10 EET | Tiedote

Suomen Akatemian tutkimusinfrastruktuurikomitea on myöntänyt rahoituksen 11 hankkeelle kansallisten ja kansainvälisten tutkimusinfrastruktuurien rakentamiseen ja kehittämiseen. Yhteensä rahoitusta myönnettiin yli 22 miljoonaa euroa. Kyseessä ovat loput FIRI 2023 -tutkimusinfrastruktuurihaun päätöksistä. Kokonaisuudessaan FIRI2023 -haussa tutkimusinfrastruktuurihankkeille myönnettiin yli 52 miljoonaa euroa. FIRI-rahoituksella tuetaan korkeatasoisten tutkimusinfrastruktuurien rakentamista ja kehittämistä vaikuttavan TKI-toiminnan perustana.

Research infrastructures receive major funding from Research Council of Finland1.2.2024 10:05:10 EET | Press release

The Finnish Research Infrastructure Committee at the Research Council of Finland has awarded eleven projects more than 22 million euros in funding to build and upgrade national and international research infrastructures. This was the second and last set of decisions on the FIRI 2023 call. The funding granted under the call totals more than 52 million euros. FIRI funding supports the establishment and upgrading of high-quality research infrastructures, which lay a solid foundation for high-impact research, development and innovation.

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