Suprajohdetutkimusta Northeastern Universityn kanssa

Työskentelen Tampereella, mutta teen vuosittain pari tutkimusmatkaa Bostoniin määräpaikkana Northeastern University. Tällä kertaa matkustin sinne 12.10. ja lensin takaisin 22.10. Bostonia en toki tutki, tutkin korkean lämpötilan suprajohteita. Tarkemmin sanoen rakentelen kvanttimekaniikkaan perustuvia malleja, joilla pyritään tulkitsemaan kokeellisten fyysikkojen saamia mittaustuloksia.

Päätin kirjoitella muutaman jutun matkalla tekemistäni havainnoista, tapaamistani ihmisistä ja erikoisista asioista, joita kohtasin. Osallistuin mm. illallisille, joiden aiheena oli suuri intialainen Ramayana -eepoksen tapahtumiin liittyvä juhla. Ensimmäisessä jutussani aion kuitenkin selvitellä matkani  varsinaista aihetta.

Korkean lämpötilan suprajohtavuuden perusmekanismi on yksi kiinteän aineen fysiikan ratkaisemattomia ongelmia. Perinteinen suprajohtavuus löydettiin 1911, kun hollantilainen Heike Kamerling-Onnes teki kokeita nestemäisellä heliumilla. Vuoden 1950 tienoilla Lev Landau ja Vitali Ginzburg kehittivät nerokkaan olomuodonmuutoksia kuvaavan teorian, joka kuvasi ja ennusti suprajohtavuuden ominaisuuksia, vaikka varsinaista mekanismia ei tunnettukaan. Suprajohtavuuden mekanismin selvittäminen vei kuitenkin vielä muutaman vuoden. Viimein Bardeen, Cooper ja Schrieffer keksivät, että hyvin matalissa lämpötiloissa elektronit muodostavat atomien värähtelyn auttamana pareja, jotka pystyvät kulkemaan materiaalissa vapaasti.

Keksintö oli yksi kiinteän aineen fysiikkaan sovelletun kvanttifysiikan riemuvoittoja.

Korkean lämpötilan suprajohteet täyttävät parin vuoden kuluttua 25 vuotta. Luultavasti tämäkin ilmiö perustuu elektronien muodostamiin pareihin. Etsinnän kohteena on se mekanismi, joka saa elektronit liittymään pareiksi perinteisiä suprajohteita korkeammissa lämpötiloissa. Tämän lisäksi pitäisi selvittää magnetismin ja suprajohtavuuden keskinäisen kilpailun luonne näissä uusissa materiaaleissa.

Jos ja kun arvoitus ratkeaa, saatetaan myös saada selville, onko mahdollista aikaansaada huoneen lämpötilassa toimivia suprajohteita. Perinteisiä pitää jäähdyttää nestemäisellä heliumilla, korkean lämpötilan suprajohteita nestetypellä.

Suprajohtavuuden soveltaminen helpottuisi, mikäli jäähdytystä ei tarvittaisi. Sovellukset kulkisivat häviöttömistä muuntajista magneettikuvauslaitteisiin; levitoivista Maglev-junista Tokamak-tyyppisiin fuusioreaktoreihin.

Atomien välinen etäisyys kiinteissä aineissa on alle millimetrin miljoonasosan. Moderneilla mittausmenetelmillä, erityisesti pyyhkäisytunnelointimikroskoopilla (STM) on mahdollista tarkastella tuollaisia välimatkoja – jopa lyhyempiäkin. On myös mahdollista saada tietoa yksittäisten elektronien luonteesta noilla etäisyyksillä.

Bostonissa toimiva tutkimusryhmä on erikoistunut suprajohteiden teorian ohella noissa materiaaleissa liikkuvien elektronien mittausmenetelmien teoriaan. Yhtenä ryhmän senioritutkijoista minä vastaan pyyhkäisytunnelointimikroskopian mallinnuksesta. Tämä on sikäli jännittävä osuus, että nimenomaan tuo mikroskopia on edistynyt viime vuosina tavattoman nopeasti.

Suuri osa tieteentekoa on pienien edistysaskelien ottamista, varsinkin tällaisen rivitutkijan kohdalla – osallisuus suuresta läpimurrosta olisi todella onnekasta. Tieteen tekeminen on pieninäkin askelina antoisaa ja minulla on suunnaton onni tehdä luovaa työtä, jossa oppii jatkuvasti uutta ja kohtaa älyllisiä haasteita. Osa älyllisistä haasteista on vaativia, loput vielä vaativampia.

Tietoja joukonieminen

Jouko Nieminen Vuosikertaa 1962. Naimisissa oleva lapsellinen ihminen - lapset puolestaan ovat täysi-ikäisiä ihmisiä. Mielipiteiltäni vapaamielinen agnostikko, mutta elämäntavoiltani rajoittunut kaappikalvinisti. Tieteentekijä, -lukija ja -näkijä.
This entry was posted in Uncategorized and tagged , , , . Bookmark the permalink.

Yksi vastaus artikkeliin: Suprajohdetutkimusta Northeastern Universityn kanssa

  1. Tervehdys Jouko.

    toinen (entinen) AL-blogisti

Vastaa

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

Olet kommentoimassa WordPress.com -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Twitter-kuva

Olet kommentoimassa Twitter -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Facebook-kuva

Olet kommentoimassa Facebook -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Google+ photo

Olet kommentoimassa Google+ -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s