Valtamerien tsunamien kaltainen ilmiö on nyt löydetty kaksiulotteisista elektronirakenteista kuten grafeeneista kansainvälisessä yhteistyössä. Tulosten perusteella saatetaan pystyä selittämään jopa suprajohtavuuden syntyä.
Aikaisemmin haaravirtausta on löydetty valtamerien lisäksi muun muassa avaruuden mikroaaltosäteilystä, valon liikkeistä saippuakuplissa sekä elektronien liikkeestä puolijohteessa. Nyt Tampereen yliopiston, Madridin Rey Juan Carlos -yliopiston sekä Harvardin yliopiston fyysikot ovat yhteistyössä löytäneet haaravirtauksen kaksiulotteisesta elektronihilasta.
’’Löytö on ainutlaatuinen, sillä tähän mennessä kaoottista haaravirtausta ei ole ajateltu esiintyvän säännönmukaisessa rakenteessa kuten kiinteässä aineessa, jossa atomit ovat järjestäytyneet säännölliseen hilaan’’, kertoo professori Esa Räsänen Tampereen yliopiston fysiikan yksiköstä.
Kansainvälisen tutkijaryhmän löydös tuo uutta tietoa haaravirtauksen luonteesta sekä kvanttimekaanisten elektronien käyttäytymisestä. Tutkijaryhmän uusi löydös muuttaa tutkijoiden mukaan myös käsityksemme haaravirtauksen luonteesta sekä siitä, miten kvanttimekaaniset elektronit käyttäytyvät suurilla energioilla periodisessa systeemissä kuten esimerkiksi grafeenissa.
”Tällöin hilarakenteesta eli grafeenin tapauksessa hiiliatomeista muodostuu haaravirtaukseen vaadittava “merenpohja”, jolloin elektroneja kvanttimekaanisesti kuvaavat aaltopaketit kääntyilevät ja kerääntyvät kuin tsunamiaallot Tyynessä valtameressä, Esa Räsänen havainnollistaa.
Valtamerissä haaravirtaukset ovat ennustamattomia, mutta nyt tutkimuksessa löydettyjä elektronivirtauksia voidaan ohjailla muodostamalla niin sanottuja superlankoja. Superlangoissa elektronit johtuvat koko hilarakenteen läpi haluttuun suuntaan.
Ilmiötä ei ole vielä kokeellisesti vahvistettu, mutta sillä saatetaan selittää esimerkiksi kaksoiskerrosgrafeenista vuonna 2018 löydettyä suprajohtavuutta.
”Elektronien haaravirtauksilla saattaa olla mullistavia sovelluksia etsittäessä uusia suprajohteita kaksiulotteisista materiaaleista kuten grafeenista ja sen monista johdannaisista, Räsänen lisää.
Lisää: Proceedings of National Academy of Sciences of the USA (LINKKI)
Kuva: Nyt löydetty elektronien haaravirtaus periodisissa kaksiulotteisissa rakenteissa muuttaa käsitystämme muun muassa grafeenin sähkönjohtavuudesta. Kuva: Eric Heller.
Päivitetty