Kansainvälinen tutkijaryhmä on osoittanut, kuinka sähkövirta voi kulkea suprajohteista ja magneeteista koostuvassa nanorakenteessa pääsääntöisesti yhteen suuntaan. Virta kulkee samalla tavoin puolijohdediodeissa.
Nyt löytyneet uudet suprajohtavat diodit toimivat kuitenkin paljon puolijohteita matalammissa lämpötiloissa, minkä ansiosta niitä voi hyödyntää kvanttiteknologian sovelluksissa.
Löydön tehneeseen ryhmään kuului muun muassa Jyväskylän yliopiston tutkijoita. Tutkimustulokset julkaisi Nature Communications.
Magneettiset materiaalit rikkovat symmetrian
Monet arjen sähkölaitteet, kuten radiot, tietokoneet ja aurinkopaneelit, hyödyntävät diodeja, joissa sähkövirta kulkee pääosin vain yhteen suuntaan.
Puolijohteisiin perustuvat diodit vaativat toimiakseen riittävän korkean lämpötilan. Niiden käyttö on ongelmallista lähellä absoluuttista nollapistettä, missä taas kvanttiteknologiat toimivat parhaiten.
Suprajohteissa ei yleensä havaita sähköistä vastusta. Jos ne yhdistetään toisiin materiaaleihin, itse kontaktin vastus voi silti olla suuri. Tämä johtuu suprajohteiden toisesta ominaisuudesta, sähköisille viritystiloille kielletystä energia-alueesta, energia-aukosta.
Puolijohteissa on samankaltainen energia-aukko valenssi- ja johtavuusvyön välillä, mutta aukko on tavallisesti paljon suurempi.
Suprajohteiden energia-aukkoa käytetään usein epäsuorana osoituksena suprajohtavuudesta. Suprajohdekontakteihin liittyvää diodiefektiä ei ollut kuitenkaan aiemmin havaittu, sillä energia-aukon lisäksi se vaatii kontaktin virta-jännitekäyrän symmetrian rikkomista.
Tutkijaryhmä osoitti, kuinka symmetria rikotaan tuomalla liitokseen magneettisia materiaaleja. Näin syntyvä laite on suoraan kvanttiteknologian käytettävissä, sillä monet nykyisin tutkittavat kvanttiteknologiat pohjautuvat suprajohteisiin.
Löydökseen törmättiin muun tutkimuksen ohessa
Suprajohtava diodi löytyi EU:n rahoittamassa Superted-projektissa (Future and emerging technologies FET Open -hanke).
Hankkeessa pyritään luomaan maailman ensimmäinen suprajohtava lämpösähköinen sähkömagneettisen säteilyn mittari, joka perustuu suprajohteita ja magneetteja yhdisteleviin nanorakenteisiin.
Diodiominaisuus havaittiin sattumalta, kun italialaisen Nanotieteen instituutin tutkija Elia Strambini mittasi Superted-näytteiden ominaisuuksia.
Laitteen teoriaa on tutkinut myös Supertedin johtaja, Jyväskylän yliopiston professori Tero Heikkilä.
”Tämä löydös on hieno osoitus mahdollisuuksista, joita kohtaamme monipuolisessa kansainvälisessä yhteistyössä eri alojen tutkijoiden kanssa. Ilman eurooppalaista rahoitusta se ei onnistuisi”, Heikkilä sanoo.
(Kuva Adobe Stock) Uudet suprajohtavat diodit toimivat paljon matalammissa lämpötiloissa kuin nykyiset puolijohteet.
Tilaa Kemia-lehti loppuvuodeksi 2022 ja auta Ukrainaa!
Lahjoitamme puolet tilausmaksusta ukrainalaisten auttamiseen Pelastakaa Lapset ry:n kautta.
