Nykyiset suprajohtavat ratkaisut vaativat kalliita jäähdytysjärjestelmiä, mikä on rajoittanut niiden käyttöä esimerkiksi kvanttitietokoneissa ja matkapuhelinverkkojen tukiasemissa. Nyt Aalto-yliopistossa on simuloitu tilannetta, jossa grafeeni voisi muuttua suprajohtavaksi luultua korkeammassa lämpötilassa.

Nykyisilä suprajohteilla kriittinen lämpötila on yleensä 200 pakkasasteen kylmemmällä puolella. Näin on vaikka huoneenlämpötilassa toimiva suprajohde on ollut jo pitkään yksi tieteen suurista tavoitteista. Se mahdollistaisi esimerkiksi tietokoneiden toiminnan paljon nykyistä pienemmällä energiankulutuksella.

Aalto-yliopiston professori Päivi Törmän ja Jyväskylän yliopiston professori Tero Heikkilän tutkimusryhmät ovat nyt osoittaneet teoreettisesti simuloimalla, että grafeeni voi muuttua suprajohteeksi paljon luultua korkeammassa lämpötilassa. Tämä johtuu grafeenin elektronien kvanttiominaisuuksista.

”Löysimme jo aiemmin uudenlaisten kvantti-ilmiöiden vaikutuksen suprajohtavuuteen, ja olemme sen jälkeen tutkineet sitä yksinkertaistetussa mallissa. Nyt oli hienoa nähdä simuloimalla, kuinka samat ilmiöt saadaan esiin oikeassa materiaalissa”, kertoo tutkija Aleksi Julku Aalto-yliopistosta.

Aalto-yliopiston ja Jyväskylän yliopiston tuore tutkimus tarkensi tietoa suprajohtavuuden mekanismeista. Tutkimustulokset julkaistiin Physical Review B –lehdessä.

”On tärkeää, että laskemiamme teoreettisia ennusteita voidaan jatkossa testata myös kokeellisesti. Tämä kertoo, onko grafeenin suprajohtavuudelle löytämämme selitys oikea”, sanoo tutkija Teemu Peltonen  Jyväskylän yliopistosta.

Lisää: Tutkijoiden Phys. Rev. B 101, 060505 (2020) -artikkeli (LINKKI) ja Physics viewpoint -lehden juttu tutkimustuloksista (LINKKI).

TAUSTAA: Vuonna 2018 MIT:n professori Pablo Jarillo-Herrero havaitsi tutkimusryhmänsä kanssa, että maailman kestävin aine grafeeni voi muuttua suprajohteeksi, kun kaksi grafeenikerrosta ovat päällekkäin ja sopivasti toisiinsa nähden kierrettyinä. Physics World -lehti valitsi kaksikerrosgrafeenin suprajohtavuuden vuoden 2018 fysiikan alan läpimurroksi, ja fyysikot ympäri maailmaa ovat etsineet sille selitystä. Suprajohtavuuden mekanismin selittäminen voi auttaa kehittämään materiaaleja, jotka ovat suprajohtavia korkeassa lämpötilassa.

Kuva: Antti Paraoanu, hahmotelma kaksikerrosgrafeenista.