4.9.2020 Kuinka grafeenista tehdään suprajohtava? (Peltonen)

Grafeeni, hunajakennoa muistuttava kaksiulotteinen rakennelma hiiliatomeja, on erityinen materiaali. Sen lämmönjohtavuus, sähkönjohtavuus ja kestävyys ovat huippuluokkaa. Näistä syistä vuonna 2004 löydetty grafeeni on ollut aivan erityisen tieteellisen kiinnostuksen kohteena löytymisestään saakka. Grafeenista puuttuu kuitenkin yksi ominaisuus: suprajohtavuus, eli sähkövastuksen täydellinen häviäminen riittävän alhaisessa lämpötilassa, niin kutsutun kriittisen lämpötilan alapuolella. Väitöskirjassaan Teemu Peltonen tutki teoreettisesti, kuinka grafeenista saadaan suprajohtava, ja kuinka sen avulla saatetaan päästä lähemmäksi huoneenlämpötilassa toimivia suprajohteita, jotka toteutuessaan mullistaisivat kaiken tietokoneista sähkönsiirtoon.
Julkaistu
4.9.2020

Materiaalifysiikan tutkimuksen suunta muuttui keväällä 2018, kun Massachusetts Institute of Technology MIT:n tutkijat havaitsivat uraauurtavassa kokeessaan grafeenin muuttuvan suprajohteeksi, kun sen päälle lisättiin toinen grafeenitaso yhden asteen verran käännettynä. Tätä niin kutsuttua kierrettyä kaksikerrosgrafeenia on tämän havainnon jälkeen tutkittu valtavasti yrittäen ymmärtää mistä suprajohtavuus tässä materiaalissa johtuu.

Venytyksellä kohti korkeampia lämpötiloja

Väitöskirjassa Teemu Peltonen esitteli teoreettisen mallin, joka on hyvin yksinkertainen mutta kykenee silti selittämään kokeissa havaitut tulokset. Lupaavista tuloksista huolimatta tällä hetkellä näyttää siltä, ettei kierretyn kaksikerrosgrafeenin kriittistä lämpötilaa saada nostettua kovinkaan korkeaksi, puhumattakaan huoneenlämpötilasta. Tämän vuoksi väitöskirjassa esiteltiin myös vaihtoehtoinen tapa: grafeeni voidaan saada suprajohtavaksi myös sitä sopivasti venyttämällä. Tuloksien perusteella ennustettiin, että tällä tavoin kriittistä lämpötilaa saataisiin nostettua huomattavasti korkeammaksi kuin kaksikerrosgrafeenissa.

"Venyttämisen tarkalla muodolla ei näytä olevan suurta merkitystä, vaan riittää että venyttäminen tehdään jaksollisesti ja tarpeeksi voimakkaasti. Grafeenista täytyy siis löytyä vuorotellen venytyksiä ja puristuksia", Peltonen tiivistää.

Väitöskirjatyötä ovat tukeneet Suomen Akatemia ja Emil Aaltosen säätiö. Laskennallisia resursseja on tarjonnut Suomen grid- ja pilvilaskentainfrastruktuuri (FGCI).

Tutkimus on julkaistu Jyväskylän yliopiston väitöstutkimusten sarjassa JYU Dissertations, numero 250, Jyväskylä, 2020. 
ISBN 978-951-39-8221-8 (PDF), URN:ISBN:978-951-39-8221-8, ISSN 2489-9003
Linkki julkaisuun:   

³¢¾±²õä³Ù¾±±ð³Ù´ÇÂá²¹:
Teemu Peltonen, teemu.j.peltonen@student.jyu.fi

FM Teemu Peltosen teoreettisen fysiikan väitöskirjan "Superconductivity from graphene with flat bands" tarkastustilaisuus on perjantaina 4.9.2020 Jyväskylän yliopistossa. Vastaväittäjänä on professori Jörg Schmalian (Institute for Theoretical Condensed Matter Physics, Karlsruhe Institute of Technology, Saksa) ja kustoksena on professori Tero Heikkilä Jyväskylän yliopistosta. Väitöstilaisuuden kieli on englanti.

Yleisö voi seurata väitöstilaisuutta verkkovälitteisesti.
Linkki Zoom-webinaariin (suositellaan Zoom-sovellusta tai Google Chrome selainta):