Eurooppalainen jättirahoitus uusien kvanttimateriaalien tutkimukseen
Professori Peter Liljeroth on saanut Euroopan tutkimusneuvostolta miljoonarahoituksen kvanttimateriaalien kehittämiseen. Uusista materiaaleista toivotaan rakennusainesta toistaiseksi ennennäkemättömiin kvanttilaitteisiin.
Kvanttiteknologiasta hahmotellaan ratkaisua monenlaisiin ihmiskuntaa koetteleviin haasteisiin aina ilmastonmuutoksesta ja parantumattomista sairauksista koti-Suomen matavaan talouskehitykseen saakka. Uusi teknologia kuitenkin edellyttää uudenlaisia ja ennennäkemättömiä materiaaleja. Näiden tuottaminen on tutkijoille valtava haaste.
Pian alkava suomalainen jättiprojekti pyrkii kehittämään näitä kriittisiä rakennuspalikoita tulevaisuuden kvanttilaitteiden mahdollistamiseksi. Aalto-yliopiston teknillisen fysiikan professori, uuden Suomen kvanttilippulaivan johtaja Peter Liljeroth on saanut Euroopan tutkimusneuvostolta miljoonarahoituksen kvanttimateriaaleja koskevaan tutkimukseen. Hanke alkaa vuodenvaihteessa ja sen toivotaan tulevaisuudessa mahdollistavan teknologioita, joita ei vielä ehkä osata edes kuvitella.
Sanalla kvanttimateriaali ei viitata materiaaleihin siinä merkityksessä kuin käsite tavallisesti ymmärretään. Siinä missä esimerkiksi puu, muovi tai metalli itsessään ovat tavanomaisia materiaaleja, kvanttimateriaalilla puolestaan viitataan erityisiin sähköisiin ominaisuuksiin, joita tavanomaiset materiaalit voivat tiettyjen edellytysten täyttyessä saada.
Yksi esimerkki kvanttimateriaalista on suprajohde, jota luonnehtii sen kyky johtaa sähköä täysin ilman vastusta. Suprajohtavuus astuu kuvaan silloin, kun aineen – esimerkiksi elohopean – lämpötila lähestyy absoluuttista nollapistettä. Suprajohteet on tunnettu jo yli sata vuotta ja niitä käytetään rutiininomaisesti esimerkiksi magneettikuvantamisessa.
Uusiakin kvanttimateriaaleja kuitenkin tarvittaisiin. Ongelma on, että niitä on helpompi keksiä teoriassa kuin valmistaa käytännössä. Tämä johtuu siitä, että vaikka kvanttimateriaalien raaka-aineiksi tarvittavia aineita löytyykin luonnosta, kvanttiominaisuuksia niillä ilmenee vasta, kun niiden elektronit saadaan vuorovaikuttamaan sopivasti.
“Olisi hirveän kätevää, jos tähän olisi systemaattinen menetelmä. Näin pystyisimme tekemään ja tuunaamaan uusia kvanttimateriaaleja”, Liljeroth kuvaa tutkimuksen tavoitetta.
Liljerothin tutkimusryhmän erityinen tutkimuskohde ovat niin sanotut kaksiulotteiset (2D-) heteromateriaalit. Niiden valmistamiseksi tutkijat tuovat yhteen kaksi ohuen ohutta – vain yhden tai muutaman atomin paksuista – kerrosta materiaaleista, jotka normaalisti eivät esiinny yhdessä. Näin syntyvässä keinotekoisessa materiaalissa tutkijat pystyvät hallitsemaan elektronien vuorovaikutuksia, ja sen seurauksena uuden materiaalin ominaisuudet ovat enemmän kuin osiensa summa.
Monenlaisia sovelluksia
Vaikka uusien kvanttimateriaalien käyttötarkoitusta voi vasta hatarasti arvailla, inspiraatiota ajatusleikkiin voi etsiä nykyisistä kvanttilaitteista.
Näistä tunnetuimpia lienevät kvanttitietokoneet, joiden laskentatehon ajatellaan tulevaisuudessa olevan astronominen suhteessa tavallisiin tietokoneisiin. Ja silti ne nykyisellään ovat, Liljerothin luonnehdinnan mukaan, vielä “kehittymättömiä, pienen skaalan kvanttitietokoneita”, joita riivaavat monenlaiset ongelmat. Uudentyyppiset kvanttimateriaalit saattaisivat ratkaista haasteita mahdollistamalla uudenlaisten kubittien – eli kvanttitietokoneiden bittien – rakentamisen.
Toisaalta kvanttitietokoneet ovat vain yksi esimerkki kvanttilaitteista, ja vaikkapa kvanttisensorit eli huippuherkät mittauslaitteet mahdollistavat jo nyt muun muassa lämpösäteilyn mittaamista tasolla, josta vähän aikaa sitten voitiin vain unelmoida.
Viisivuotinen projekti sai Euroopan tutkimusneuvostolta 2,5 miljoonan rahoituksen. Tutkimuksessa hyödynnetään OtaNanon tutkimusinfrastruktuuria.
Avainsanat
Yhteyshenkilöt
Peter Liljeroth
Professori, Aalto-yliopisto
peter.liljeroth@aalto.fi
050 363 6115
Kuvat
Linkit
Tietoa julkaisijasta
Aalto-yliopistossa tiede ja taide kohtaavat tekniikan ja talouden. Rakennamme kestävää tulevaisuutta saavuttamalla läpimurtoja avainalueillamme ja niiden yhtymäkohdissa. Samalla innostamme tulevaisuuden muutoksentekijöitä ja luomme ratkaisuja maailman suuriin haasteisiin. Yliopistoyhteisöömme kuuluu noin 13 000 opiskelijaa ja yli 4 500 työntekijää, joista 400 on professoreita. Kampuksemme sijaitsee Espoon Otaniemessä.
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 Aalto-yliopisto
Tutkijat kehittivät ensimmäisen hiilinegatiivisen sideaineen – merkittävä vaikutus infrarakentamisen päästöihin1.10.2024 07:35:00 EEST | Tiedote
Tutkijat ovat onnistuneet sitomaan hiilidioksidia infrarakenteisiin ja näin tehneet niistä hiilinieluja. Sen lisäksi biopohjaisen sideaineen käyttö maaperän vahvistamisessa sementin sijaan voi vähentää syvästabiloinnin sideainetuotannon päästöjä jopa 75 prosenttia.
Perhosen siivet liikkeelle valon voimalla – tutkijoiden kehittämät keinotekoiset lihakset saavat älykankaat mukautumaan muutoksiin ympäristössä18.9.2024 08:50:00 EEST | Tiedote
Tulevaisuudessa innovaatiota voitaisiin hyödyntää esimerkiksi älykkäiden tekstiilien, pehmeän robotiikan ja lääketieteen kehityksessä.
Väitöstutkimus: Viides teollinen vallankumous siirtää huomion kohti yhteistä hyvää ja hyvinvointia10.9.2024 14:15:00 EEST | Tiedote
Maailmanlaajuinen teollisuusympäristö on perusteellisen murroksen keskellä. Teollisuus 5.0, jota on kutsuttu myös viidenneksi teolliseksi vallankumoukseksi, on ennen kaikkea lähestymistavan muutos: teollisuuden huomio siirtyy taloudesta, datasta ja automatiikasta kohti yhteistä hyvää, kestävyyttä ja hyvinvointia.
Hallitus asetti uudet tulorajat ara-asuntojen asukkaille – tutkijat selvittivät, kuka saa jatkossa asunnon suurissa kaupungeissa10.9.2024 10:15:00 EEST | Tiedote
Valtion tukemien vuokra-asuntojen asukasvalinnassa otetaan käyttöön enimmäistulorajat vuoden 2025 alusta alkaen. Tulorajojen tarkoitus on kohdentaa ara-asunnot ja niistä koituvat hyödyt aiempaa paremmin pienituloisille. Aalto-yliopiston kaupunkitaloustieteen uusi tutkimusryhmä AlueAvain selvitti, miten tulorajat muuttavat asukasvalintaa Suomen kuudessa suurimmassa kaupungissa.
Väitöstutkimus selvitti, miksi kestävän liiketoiminnan läpilyönti yritysmaailmassa on ollut hidasta, miten sitä voisi kiihdyttää – ja samalla tehdä tuottoisaa tulosta9.9.2024 11:15:00 EEST | Tiedote
Kaupallinen ja sopimusjohtaminen on yritysjohdon strateginen työväline, jota käyttäen yritys voi saavuttaa sekä ympäristöllisesti kestävät että taloudelliset tulostavoitteensa, ilmenee tällä viikolla tarkastettavasta väitöskirjasta.
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