Sveitsiläisen Lausannessa sijaitsevan EPFL:n tutkijat ovat luoneet metallisen mikrorakenteen, jossa he voivat määritellä ja virittää suprajohtavuusmalleja. Parhaillaan käydään kilpailu rakentaa maailman ensimmäinen kvanttitietokone, jossa käytettäisiin suprajohteiden eri vaiheita laskelmien suorittamiseen.
Perinteiset suprajohteet ovat erittäin vankkoja ja vaikeita vaikutettavia ja haasteena on löytää uusia materiaaleja, joissa laitteen suprajohtavaa tilaa voidaan helposti manipuloida. EPFL:n kvanttimateriaalien laboratorio (QMAT), jota johtaa professori Philip Moll, on työskennellyt epätavanomaisien suprajohteiden parissa. Ne tunnetaan nimellä raskaat fermionimateriaalit.
QMAT-tutkijat osana EPFL:n, Max Planckin, Los Alamosin laboratorion ja Cornellin yliopiston välistä laajaa kansainvälistä projektia tekivät yllättävän löydön yhdestä näistä materiaaleista, CeIrIn5:stä. CeIrIn5 on metalli, joka suprajohtaa erittäin matalassa lämpötilassa, vain 0,4 astetta absoluuttisen nollan yläpuolella.
QMAT-tutkijat yhdessä Katja Nowackin kanssa Cornellin yliopistosta ovat nyt osoittaneet, että tätä materiaalia voitaisiin tuottaa tavalla, jossa suprajohtavien alueiden kanssa toimii rinnakkain alueita, jotka ovat normaalissa metallitilassa. Mikä vielä parempaa, he tuottivat mallin, jonka avulla tutkijat voivat suunnitella monimutkaisia johtamiskuvioita. Lämpötilaa muuttamalla johtamiskuviot voidaan jakaa materiaaliin erittäin hallitulla tavalla.
Tämän saavuttamiseksi tutkijat liittivät hyvin ohuita CeIrIn5-kerroksia safiirialustaan. Jäähdytettynä materiaali supistuu merkittävästi mutta safiiri supistuu hyvin vähän. Tuloksena oleva vuorovaikutus tuottaa materiaaliin vetorasitusta, mikä vääristää hivenen CeIrIn5-kerroksien atomisidoksia.
Koska CeIrIn5:n suprajohtavuus on epätavallisen herkkä materiaalin täsmälliselle atomikonfiguraatiolle, vääristyskuviolla voidaan toteuttaa hyvin monimutkainen suprajohtavuuskuvio.
Tämä löytö edustaa suurta askelta eteenpäin raskaiden fermionmateriaalien suprajohtavuuden hallitsemisessa. Tämän projektin jälkeen on juuri alkanut jatkotutkimus mahdollista teknisistä sovelluksista.
- Voisimme esimerkiksi muuttaa suprajohtavuusalueita muuttamalla materiaalin vääristymiä mikroaktuaattorilla. Mahdollisuus erottaa ja kytkeä suprajohtavat alueet sirulla voisi myös luoda eräänlaisen kytkimen tuleville kvanttitekniikoille, aivan kuten nykypäivän tietojenkäsittelyssä käytettävät transistorit, visioivat tutkijat tiedotteessaan.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 18.10.2019
