Apulaisprofessori, akatemiatutkija Kezilebieke Shawulienu Jyväskylän yliopistosta on saanut Euroopan tutkimusneuvoston myöntämän kahden miljoonan euron ERC Starting Grant -rahoituksen. Shawulienu tutkii kvanttimateriaaleja, jotka ovat keskeinen tutkimuskohde fysiikan alalla.
Kezilebieke työskentelee Jyväskylän yliopiston fysiikan ja kemian laitoksilla sekä Nanotiedekeskuksessa. - Designer- eli keinotekoiset kvanttimateriaalit tarjoavat erinomaisen mahdollisuuden tutkia uutta fysiikkaa ja ilmiöitä, joita on erittäin vaikea löytää luontaisesti eristetyistä materiaaleista, Shawulienu kertoo.
Sen lisäksi, että näiden synteettisten materiaalien avulla saadaan uutta tietoa monen hiukkasen fysiikasta laboratorioympäristössä, ne mahdollistavat myös uusia teknologisia sovelluksia kvantti-informaatiotieteen alalla. Viime aikoina näissä materiaaleissa on saatu aikaan eksoottisia suprajohteita, joita voitaisiin käyttää hyväksi virheitä sietävässä topologisessa kvanttilaskennassa.
- Keskeinen haaste on säilyttää hybridimateriaalien eri komponenttien yksittäiset kvanttimekaaniset vuorovaikuttavat tilat kuten magnetismi tai suprajohtavuus, ja samalla säätää niiden välisten vuorovaikutusten voimakkuutta. Tämä edellyttää tarkkaa nanovalmistusta, ja tällaisten järjestelmien monimutkaisuus tekee näytteiden tarkan prosessoinnin vaikeaksi.
Rahoituksessa saaneessa ERC-projektissa Shawulienu käyttää suunnittelualustana kaksiulotteisia atominohuita materiaaleja. Niissä kerrokset ovat vuorovaikutuksessa vain heikkojen voimien avulla, joten yksittäiset kerrokset voivat säilyttää luontaiset ominaisuutensa. - Näin voidaan tutkia uudentyyppisiä materiaaleja, jotka voidaan toteuttaa yhdistelemällä ominaisuuksia, joita ei luonnossa esiinny yhdessä.
ERC-hankkeen päätavoitteena on toteuttaa kokeellisesti 2D-topologisia suprajohteita niin kutsutuissa van der Waals -heterorakenteissa ja tutkia näin syntyviä emergenttejä aineen olomuotoja. Kaksiulotteisten korkealaatuisten van der Waals -heterorakenteiden valmistamiseen käytetään molekyylisuihku-epitaksikasvatuslaitteita ja tuloksena syntyvien emergenttien olomuotojen ominaisuuksien tutkimiseen matalan lämpötilan pyyhkäisytunnelointimikroskopiaa (LT-STM) ja spektroskopiaa (STS).
Kuva: Petteri Kivimäki