Tutkijat löysivät vaikeasti havaittavia puolikvanttipyörteitä supranesteessä
Aalto-yliopiston ja moskovalaisen P.L. Kapitza Instituten tutkijat ovat havainneet puolikvanttipyörteitä supranesteheliumissa. Kyseinen pyörre on supranesteissä ja suprajohteissa ilmenevä poikkeama eli topologinen virhe, joka kuljettaa tietyn määrän kiertävää virtaa.
”Puolikvanttipyörteiden löytymistä edelsi pitkä etsintä, sillä niiden olemassaolo supranesteheliumissa ennustettiin alun perin jo vuonna 1976”, kertoo Aalto-yliopiston tohtorikoulutettava Samuli Autti.
”Tulevaisuudessa löytömme mahdollistaa pääsyn puolikvanttipyörteiden ytimiin, joissa on eristettyjä Majorana-tiloja, eräänlaisia erakkohiukkasia. Näiden tilojen ymmärtäminen on olennaisen tärkeää kvantti-informaation prosessoinnin kehityksen ja kvanttitietokoneen luomisen kannalta”, Autti jatkaa.
Kvanttijärjestelmissä, kuten supranesteissä ja suprajohteissa, vallitseva makroskooppinen koherenssi eli eri osien eräänlainen yhtenäisyys sisältää monia mahdollisuuksia ja joitakin keskeisiä rajoituksia. Kvanttimekaniikan lait rajoittavat esimerkiksi näiden järjestelmien kiertävien virtojen voimakkuuden tiettyihin diskreetteihin arvoihin, eli vain tietyt voimakkuudet ovat mahdollisia vapaan voimakkuusvaihtelun sijaan. Puolikvanttipyörre voittaa tuon rajoituksen hyödyntämällä alusmateriaalin ei-triviaalista topologiaa. Topologia on matematiikan osa-alue, joka tutkii aineen ja avaruuden muuttumattomina säilyviä fyysisiä ominaisuuksia. Aihe liittyy suoraan vuoden 2016 fysiikan Nobel-palkintoon.
Yksi esiin tulleista ominaisuuksista on samankaltainen niin kutsutun Alice-säikeen kanssa suurenergiafysiikassa, jossa säikeen ympäri kiertävä hiukkanen vaihtaa varauksensa. Näiden järjestelmien kvanttiominaisuuksia on jo yleisellä tasolla hyödynnetty ultraherkissä SQUID-vahvistimissa ja muissa merkittävissä kvanttilaitteissa.
Artikkeli julkaistiin 14. joulukuuta , ja siitä on julkaistu myös erillinen artikkeli . Tutkimuksessa käytettiin kansallisen OtaNano-infrastruktuurin laitteistoja.Tutkimusryhmä on osa Aalto-yliopiston Matalien lämpötilojen kvantti-ilmiöiden ja komponenttien huippuyksikköä.
äپٴᲹ:
Samuli Autti, tohtorikoulutettava
Aalto-yliopisto, teknillisen fysiikan laitos
samuli.autti@aalto.fi
0400 458 345
Rota – Topological superfluids -tutkimusryhmä:
Artikkeli: S. Autti, V.V. Dmitriev, J.T. Mäkinen, A.A. Soldatov, G.E. Volovik, A.N. Yudin V.V. Zavjalov, and V.B. Eltsov: Observation of Half-Quantum Vortices in Topological Superfluid 3He. Physical Review Letters 2016. DOI:10.1103/PhysRevLett.117.255301.
Lue lisää uutisia
Liikkuvat työkoneet sähköistyvät vauhdilla – uusi tutkimusympäristö tukee teollisuuden tuotekehitystä
Liikkuvien työkoneiden kehitys- ja testauslaitteisto LEMMI tukee alan sähköistymistä ja vahvistaa tutkimuksen ja teollisuuden yhteistyötä.
Tutkimus paljastaa, missä näätä, kärppä ja lumikko viihtyvät – elinympäristöt kartoitettiin ensimmäistä kertaa koko Suomessa
Kartoitus auttaa suojelemaan näätäeläimiä, joiden kannat ovat kutistuneet merkittävästi eri puolilla Suomea.
Rakennusyritysten on välttämätöntä satsata tekoälyyn
Antti Ainamon mukaan tekoäly auttaa yhä useammin rakennusalan yrityksiä ennakoimaan ongelmat ennen kuin ne paisuvat – ja toisinaan jo ennen kuin niitä edes syntyy.