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 ensimmäisten joukossa? Kun tilaat mediatiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.

Lue lisää julkaisijalta Suomen Akatemia

Uneven terrain helps joggers detach from everyday life4.7.2018 10:27Tiedote

Physical sensations are accentuated when running in different environments. A research project funded by the Academy of Finland found that while running on forest trails the challenges caused by the uneven terrain help joggers detach from everyday life. Twists and bumps on the trail require positive concentration from joggers, which prevents them from worrying about other things. Moreover, trail running generates a positive connection with nature as the jogger focuses on various rocks, branches and other natural objects. On the other hand, running on steady terrain enables joggers to find a state of mind that can either be rather void of thought or allow them to solve everyday problems without active effort.

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