Ensimmäinen huonelämpötilassa aikaansaatu elektronineste avaa tien uudenlaisille optoelektronisille laitteille ja fysiikan perustutkimukselle. Sellaisen saivat aikaan Kalifornian Riversiden yliopiston fyysikot pommittamalla ultraohutta puolijohteiden kerrosrakennetta voimakkailla laserpulsseilla.
Innovaation avulla on ensimmäistä kertaa mahdollista kehittää käytännöllisiä ja tehokkaita laitteita valon tuottamiseksi ja havaitsemiseksi terahertsien aallonpituuksilla. Infrapunavalon ja mikroaaltojen välissä olevilla taajuuksilla toimivilla laitteilla voitaisiin käyttää niin monipuolisissa sovelluksissa kuin viestintä ulkoavaruudessa, syövän havaitseminen ja piilotettujen aseiden skannaus.
Tutkimus voisi myös mahdollistaa aineen perusfysiikan etsinnän äärettömän pienissä mittakaavoissa. Se auttaa myös avaamaan kvanttimetamateriaalien aikakauden, jossa rakenteet on suunniteltu atomien mittaisiksi.
Tutkimuksissaan tutkijat rakensivat molybdeeniditelluridista erittäin ohuen kerrosrakenteen hiiligrafeenikerrosten välille. Sitten materiaalia pommitettiin erittäin nopeilla laserpulsseilla.
- Tavallisesti tällaisten piin kaltaisten puolijohteiden kanssa laserheräte luo elektroneja ja niiden positiivisesti varautuneita aukkoja, jotka leviävät ja kulkevat materiaalissa. Tämä on sama ilmiö, jolla kaasu määritetään, kertoo professori Nathaniel Gabor.
Tässä tapauksessa tutkijat havaitsivat kuitenkin todisteita kondensaatiosta nesteen ekvivalentissa. Tällaisella nesteellä olisi ominaisuuksia, jotka muistuttavat tavallisia nesteitä kuten vettä. Se ei kuitenkaan koostuisi molekyyleistä, vaan puolijohteessa olevista elektroneista ja aukoista.
- Me nostimme järjestelmään dumpatun energian määrää ja alkuvaiheissa emme nähneet mitään mutta sitten yhtäkkiä näimme materiaalissa ”poikkeuksellisen valovirran renkaan” muodostumisen. Tajusimme, että se oli nestettä, koska se kasvoi kuin pisara eikä käyttäytynyt kuten kaasu, Gabor toteaa.
Se, mitä todella yllätti tutkijat, oli ilmiön tapahtuminen huoneenlämmössä. Aiemmin tutkijat olivat luoneet tällaisia elektroni-aukko -nesteitä vain erittäin kylmissä lämpötiloissa. Tällaisten pisaroiden elektronisten ominaisuuksien mahdollistamia terahertsilähettimiä ja -vastaanottimia voitaisiin käyttää myös nopeampiin tietoliikennejärjestelmiin ulkoavaruudessa. Ja elektroni-aukko -neste voisi olla perusta kvanttitietokoneille, jotka tarjoavat mahdollisuuden olla paljon pienempiä kuin nyt käytössä oleva piipohjainen piiri toteavat tutkijat yliopistonsa tiedotteessa.
Tutkijoita kiinnostaa käyttää teknologiaa tutkiakseen fysiikan perusilmiöitä. Esimerkiksi elektroni-aukko -nesteen jäähdyttäminen erittäin mataliin lämpötiloihin voi johtaa siihen, että se muuttuu "kvanttivedeksi" eksoottisilla fysikaalisilla ominaisuuksilla, jotka voisivat paljastaa aineen uusia perusperiaatteita.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 15.2.2019
