Tutkijat löysivät tavan muodostaa suprajohtavan diodin
Suprajohteet sopivat kvanttiteknologian elektroniikkaan
Monet arjessa käyttämämme sähköiset laitteet, kuten radiot, tietokoneet ja aurinkopaneelit, käyttävät hyväkseen diodeja, joissa sähkövirta kulkee pääosin vain yhteen suuntaan. Diodit perustuvat puolijohteisiin ja vaativat toimiakseen riittävän korkean lämpötilan. Siksi niiden käyttö on ongelmallista muutaman asteen päässä lämpötilan absoluuttisesta nollapisteestä, missä tulevaisuuden kvanttiteknologiat toimivat parhaiten.
Suprajohteet ovat johteita, joissa ei yleensä havaita sähköistä vastusta. Jos ne yhdistetään toisiin materiaaleihin, itse kontaktin vastus voi silti olla suuri johtuen suprajohteiden toisesta ominaisuudesta: sähköisille viritystiloille kielletystä energia-alueesta, energia-aukosta. Puolijohteissa on samankaltainen energia-aukko valenssi- ja johtavuusvyön välillä, mutta tavallisesti paljon suurempi.
Suprajohteiden energia-aukon olemassaolo on tunnettu jo kymmeniä vuosia, ja sitä käytetään usein epäsuorana osoituksena suprajohtavuudesta. Suprajohdekontakteihin liittyvää diodiefektiä ei ollut kuitenkaan aiemmin havaittu, sillä energia-aukon lisäksi se vaatii kontaktin virta-jännitekäyrän symmetrian rikkomista. Tutkijaryhmä osoitti, kuinka tuo symmetria rikotaan tuomalla liitokseen magneettisia materiaaleja. Näin syntyvä laite on suoraan kvanttiteknologian käytettävissä, sillä monet nykyisin tutkitut kvanttiteknologiat pohjautuvat suprajohteisiin.
۳ٱٲön voimaa – löydökseen törmättiin muun tutkimuksen ohessa
Suprajohtava diodi löytyi EU:n rahoittamassa SUPERTED-projektissa (Future and emerging technologies FET Open -hanke). Siinä pyritään luomaan maailman ensimmäinen suprajohtava lämpösähköinen sähkömagneettisen säteilyn mittari, joka pohjautuu suprajohteita ja magneetteja yhdisteleviin nanorakenteisiin.
”Itse asiassa diodiominaisuus löytyi sattumalta, kun mittasin SUPERTED-näytteiden ominaisuuksia”, kertoo Elia Strambini, joka teki alkuperäisen havainnon. ”Tämä löydös on hyvin lupaava erilaisiin kvanttiteknologian sovelluksiin, kuten virran tasasuuntaukseen tai rajoittamiseen”, selittää Francesco Giazotto, joka johti kokeellista projektia. Strambini ja Giazotto työskentelevät Pisan Istituto Nanosciencessa ja Scuola Normale Superioressa, Italiassa.
Laitteen teoriaa on tutkinut myös SUPERTEDin johtaja, Jyväskylän yliopiston professori Tero Heikkilä, joka lisää: ”Tämä löydös on hieno osoitus mahdollisuuksista, joita kohtaamme monipuolisessa kansainvälisessä yhteistyössä eri alojen tutkijoiden kanssa. Ilman eurooppalaista rahoitusta se ei onnistuisi.”
- Tutkimusartikkeli: , Nature Commun. 13, 2431 (2022)
äپٴDz
- Tero Heikkilä, Tero.T.Heikkila@jyu.fi puh +358 40 805 4804
- Elia Strambini, Istituto Nanoscience – CNR ja Scuola Normale Superiore, Pisa, elia.strambini@sns.it
