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 2017 rahoitamme tutkimusta 437 miljoonalla eurolla. Suomen Akatemia saa osan tutkimusrahoitukseen käyttämistään varoista rahapelitoiminnan voittovaroista.  Vuonna 2017 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 tältä julkaisijalta, saat ne sähköpostiisi yhtä aikaa suomalaisen median kanssa. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.

Lue lisää julkaisijalta Suomen Akatemia

Suomen Akatemia valitsi hakemukset lippulaivaohjelman jatkoon11.1.2018 10:31Tiedote

Suomen Akatemia on valinnut lippulaivaohjelmahakemuksista kahdeksan vahvinta ehdotusta jatkokäsittelyyn. Valinta tehtiin hakemuksista annettujen asiantuntijalausuntojen pohjalta. Kolmessa jatkoon valitussa hakemuksessa rahoituksen hakijana oli yksi yliopisto ja viidessä useampi kuin yksi yliopisto tai tutkimuslaitos. Hakemukset käsitellään seuraavaksi kahdessa kansainvälisessä asiantuntijapaneelissa, joista toinen arvioi hakemusten tieteellistä tasoa ja toinen tutkimuksen vaikuttavuutta.

Finlands Akademi valde 8 ansökningar vidare till flaggskeppsutlysningens andra steg11.1.2018 10:31Tiedote

Finlands Akademi har idag valt ut åtta ansökningar som går vidare till det andra steget av flaggskeppsprogrammets första utlysning.Ansökningarna valdes på basis av bedömarnas utlåtanden.I tre av de utvalda ansökningarna deltog endast ett universitet och i fem medverkade flera universitet eller forskningsinstitut.I det andra steget bedöms ansökningarna av två internationella expertpaneler; den ena bedömer ansökningarnas vetenskapliga kvalitet och den andra bedömer forskningens genomslag.

Lähes 2 miljoonaa euroa suomalaisvenäläiseen yhteistyöhön arktisen tutkimuksen alalla21.12.2017 15:50Tiedote

(21.12.2017) Suomen Akatemia ja Venäjän perustutkimusrahasto (RFBR) ovat myöntäneet rahoituksen viidelle suomalaisvenäläiselle yhteistutkimushankkeelle arktisen tutkimuksen alalla. Haku järjestettiin Suomen Akatemian arktisen tutkimuksen akatemiaohjelmassa (ARKTIKO). Rahoituksen tavoitteena on tukea korkeatasoista, pitkäjänteistä ja systemaattista tutkimusyhteistyötä sekä tutkimusyhteistyöverkostojen syntymistä ja vahvistumista Suomen ja Venäjän välillä. Kaikissa hankkeissa on tutkimusryhmä sekä Suomesta että Venäjältä. Kumpikin rahoittajaorganisaatio rahoittaa vain omassa maassa tehtävää tutkimusta. Suomen Akatemia osoitti 1,8 miljoonaa euroa hankkeiden suomalaisten tutkimusryhmien rahoittamiseen. Hankkeiden rahoituskausi on kolme vuotta.

Suomeen ennätysmäärä ERC Consolidator Grant -rahoituksia13.12.2017 11:36Tiedote

13.12.2017. Euroopan tutkimusneuvosto ERC on julkistanut tulokset vuoden 2017 Consolidator Grant (CoG) -hausta. Suomeen saatiin kaikkiaan 12 rahoitusta, mikä on yksittäisessä ERC-hakukierroksessa paras tulos Suomelle tähän saakka. Suomen onnistuminen ERC:n rahoitushauissa on hienoisesti parantunut koko EU:n Horisontti 2020 -puiteohjelmakauden ajan. Consolidator Grant -rahoitus on tarkoitettu tutkijanuran keskivaiheessa olevalle ryhmänjohtajalle ainutlaatuisen tutkimushankkeen toteuttamiseksi. Rahoitus on laajuudeltaan 2-2,75 miljoonaa euroa viidelle vuodelle.

Uusi verkkopalvelu aurinkomyrskyjen säteilystä lentomatkustajille4.12.2017 10:45Tiedote

Suomen Akatemian Auringon pitkäaikaisen muutoksen ja vaikutusten tutkimuksen huippuyksikkö ReSoLVE on kehittänyt verkkopalvelun, jolla voi selata ja tutkia Auringon hiukkasmyrskyjen ominaisuuksia. Aineistoa voi selata interaktiivisesti ja tutkia jokaisen havaitun hiukkasmyrskyn ominaisuuksia, esimerkiksi sen aiheuttamia säteilyannoksia lentoliikenteen korkeudella. Verkkopalvelun avulla voi helposti arvioida viime vuosikymmenien aikana tapahtuneiden hiukkasmyrskyjen säteilyannokset. Palvelu on englanninkielinen.

Säteilyilmaisimien kehittämiseen ja tutkimukseen 10 miljoonan rahoitus20.11.2017 14:11Tiedote

Suomen Akatemia on tehnyt päätökset Säteilyilmaisimet terveyden ja turvallisuuden edistämiseksi -akatemiaohjelmassa (RADDESS) rahoitettavista tutkimushankkeista. Ensi vuoden alussa käynnistyvässä RADDESS-tutkimusohjelmassa rahoitetaan hankekonsortioita, jotka etsivät ratkaisuja rohkeilla tutkimusavauksilla uusiin säteilyilmaisinteknologioihin erityisesti terveyden ja turvallisuuden alueilla. Suomen Akatemia rahoittaa ohjelmaa kymmenellä miljoonalla eurolla. Ohjelmassa rahoitetaan 13 hanketta.

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