Muutaman seuraavan vuosikymmenen vallankumoukselliset tekniikan innovaatiot saattavat perustua uusiin materiaaleihin, jotka ovat niin pieniä, että ne saavat nanomateriaalit näyttämään murtuneilta jättiläisiltä. Uudet materiaalit suunnitellaan ja jalostetaan pikometrien mittakaavassa, joka on tuhat kertaa pienempi kuin nanometri ja miljoona kertaa pienempi kuin mikrometri.
Yalen yliopistossa aihetta kutsutaan termillä "pikoscience" eli pikotiede. - Yalen tutkijat kehittävät uusia materiaaleja, jotka ovat pieniä, nopeita ja voivat toimia monilla tavoilla, kuten esimerkiksi aivojen hermosoluja matkimalla, visioi vanhempi tutkija Frederick Walker, joka toimii Yalessa sovelletun fysiikan, mekaanisen tekniikan ja materiaalitieteen professorina.
Jatko-opiskelija Sangjae Lee suunnitteli ja kasvatti uutta materiaalia, joka on keinotekoinen, kerrostettu kide. Se koostuu alkuaineista lantaani, titaani, koboltti ja happi.
Tutkijat kerrostivat alkuaineita atomitaso kerrallaan, niin että yhden atomin paksuiset titaanioksidilevyt siirtävät elektronin yhden atomin paksuisiin kobolttioksidilevyihin. Tämä muutti kobolttioksidilevyn elektronista konfiguraatiota ja magneettisia ominaisuuksia.
- Pystyimme manipuloimaan ainesosan atomeja tarkkuudella, joka on paljon pienempi kuin itse atomi. Tämäntyyppiset uudet kiteet voivat muodostaa perustan uusien magneettimateriaalien kehittämiselle, joissa näin pienillä mitoilla herkkää tasapainoa magnetismin ja elektronisen johtavuuden välillä voidaan manipuloida uusissa, transistorien kaltaisissa laitteissa, joilla on suorituskykyetua nykypäivän transistoreihin nähden, hehkuttaa Sangjae Lee.
Käytännön tutkimuksia tehtiin National Synchrotron Light Source II -tutkimuslaitoksessa. Synkrotroni on noin jalkapallokentän kokoinen laitteisto, joka kiihdyttää elektroneja lähes valon nopeuteen. Elektronit tuottavat erittäin kirkkaita röntgensäteitä, joita tutkijat hyödyntävät kokeissaan.
Uusien materiaalien suunnittelun ja kasvattamisen lisäksi Sangjae Lee karakterisoi niitä ja analysoi tuloksia. Teoreettiselta puolelta Yalen kollegat Alex Taekyung Lee ja Alexandru Georgescu käyttivät kvanttimekaanisia laskelmia selvittääkseen materiaalien rakenteen ja sen vaikutuksen sähköiseen kokoonpanoon. Tämän työn avulla ryhmä pystyi kuvaamaan materiaalien magneettisen tilan.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 11.10.2019
