Digitoday

Valikko

Suomen supertietokoneet hiukkaspommituksen jäljillä

Helsingin yliopiston materiaalifysiikan osaston tutkimusryhmä on luonut realistisen atomimallin, jolla tutkitaan valonvahvistusta. Mallin avulla ryhmä on simuloinut tieteen tietotekniikan keskuksen CSC:n supertietokoneilla ionijälkien muodostumista ja selvittänyt, mitä piin elektronisille ominaisuuksille tapahtuu hiukkaspommituksessa.


Puolijohde on materiaali, jonka sähkönjohtavuutta voidaan kontrolloida lämpötilaa muuttamalla tai epäpuhtauksilla. Tavanomaisimpien puolijohteiden optiset ominaisuudet ovat kysyttyjä optoelektronisissa laitteissa.

CSC:n mukaan uusi nanokiteitä hyödyntävä lähestymistapa on tuonut käden ulottuville paljon toivotun piipohjaisten elektronisten laitteiden yhdistämisen optisiin piireihin samoilla edullisilla piisiruilla.

Italialainen tutkimusryhmä on osoittanut, että piinanokiteet upotettuna kiteytymättömään piidioksidiin voivat tuottaa keskitettyä laservaloa. Rajapinnan virheiden luonne selittää ilmiön osittain.

Molekyylidynamiikkaa
käyettty hyväksi


Jotta voidaan selvittää rajapintavirheiden luonne ja niiden osuus nanokiteiden ja epäjärjestyneiden aineiden valonvahvistuksessa, on tärkeää, että systeemistä on luotettava atomimalli. Flyura Djurabekova ja hänen tutkimusryhmänsä Helsingin yliopiston materiaalifysiikan osastolta ovat luoneet realistisen atomimallin molekyylidynamiikan (MD) avulla.

Mallin avulla saa perusteellisen käsityksen rajapintavirheiden luonteesta. Ryhmän analyysit virheistä paljastivat suuren määrän koordinaatiovirheitä, jotka täytyy passivoida systeemin optisten ominaisuuksien parantamiseksi. Simulaatiot osoittivat myös pii-happi-kaksoissidosten olemassaolon. Näiden sidosten tiedetään olevan säteilykeskuksia piinanokiteen ja epäjärjestyneen piidioksidin rajapinnassa.

Nanokiderakenteiden ionisäteilytys, joka on osa optoelektronisten laitteiden valmistusprosessia, aiheuttaa suurina annoksina nanokiteisen rakenteen muuttumisen epäjärjestyneeksi. Nanokiteiden pieni koko saattaa muuttaa aineen amorfoitumiskäyttäytymistä. MD-simulaatioiden avulla tutkimusryhmä selvitti, että upotettujen nanokiteiden amorfointiannokset, sekä piissä että germaniumissa, ovat yli kolme kertaa pienemmät kuin vastaavissa yksikiteisissä materiaaleissa.

Rakenteiden
ymmärtäminen


Erittäin suurenergiset raskaat ionit, kuten kulta, aiheuttavat elektronisen virittymisen takia vahingoittuneita alueita, ionijälkiä, kulkiessaan materiaalin läpi. Viimeisimmät kokeet epäjärjestyneestä piistä osoittivat ensimmäistä kertaa ydin–kuori-hienorakenteen ionijäljissä.

Tutkimusryhmä tutkii jälkien muodostumista MD-simulaatioiden avulla ja on pystynyt todistamaan, että jäljessä on alitiheä ydin ja ylitiheä kuori. Simulaatioissa jäljen mitat vastaavat hyvin kokeellisia tuloksia. Ionijälkien rakenteen ja muodostumisen ymmärtäminen on tärkeää materiaalitieteissä ja ydinfysiikassa, jotta saadaan käsitys materiaalien vaurioista ja muutoksista. Myös geokronologia, arkeologia ja planeettainvälisen aineen tutkimus hyötyvät ionijälkien tutkimuksesta.

Tutkimusryhmä on myös vertaillut tavallisen, kiteisen piin ja epäjärjestyneen piin elektronista rakennetta. Tutkimus on tärkeää, jotta voidaan paremmin ymmärtää, mitä tapahtuu piin elektronisille ominaisuuksille hiukkaspommituksessa, jossa esimerkiksi piianturit hiukkaskiihdyttimissä ovat.

CSC:n mukaan tutkimus on vielä kesken, mutta alustavat tulokset valaisevat, mitä tapahtuu piin energia-aukolle, kun materiaali muuttuu epäjärjestyneeksi ja minkälainen elektronirakenne materiaaliin muodostuu. Energia-aukko ja uudet elektronitilat määräävät suurelta osin kuinka puolijohteesta, kuten piistä, tehty laite toimii.

Kommentit

    Näytä lisää

    Näitä luetaan!

    1. 1

      Karmiva murha Leicesterissä: Kaverit ripustivat oppimisvaikeuksista kärsineen miehen puuhun roikkumaan ja murjoivat tämän kuoliaaksi

    2. 2

      Patrik Laine tulikuumassa vireessä – nyt jäi Ovetshkin taakse

    3. 3

      Valkoinen talo selitti Trumpin Ruotsi-lausuntoa: Presidentti ei viitannut mihinkään erityiseen tapahtumaan

    4. 4

      Stubb opetti Trumpille faktoja Ruotsista – viesti sytytti kiivaan keskustelun

    5. 5

      Kirsi Alm-Siiran muodokkaat sääret villitsivät Helena-Ahti Hallbergin: ”Vau, mitkä kintut sulla on!”

    6. 6

      Taistelu potilaiden oikeuksista: Parantumattomasti sairas Jari, 54, aikoo vaarantaa terveytensä, jos hallitus ei peru päätöstään

    7. 7

      Epävarma ajo moottoritiellä herätti huomiota – teräskuormaa kuljettanut mies puhalsi 2,1 promillea

    8. 8

      Ruotsin suurlähetystö vastasi Donald Trumpille Twitterissä

    9. 9

      Marco Bjurström arvioi Tanssii tähtien kanssa -parit – ”Huikea pari, jonka läsnäolo oli poikkeuksellisen vakuuttavaa”

    10. 10

      Sastamalan kuolonkolarin 17-vuotiaita muistettiin suruhartaudessa ja nuorisotalolla – ”Kaikki ovat pää alhaalla”

    11. Näytä lisää
    1. 1

      Stubb opetti Trumpille faktoja Ruotsista – viesti sytytti kiivaan keskustelun

    2. 2

      Donald Trumpilta outo viittaus Ruotsiin: ”Katsokaa, mitä tapahtui eilen illalla Ruotsissa – kuka olisi uskonut?”

    3. 3

      Riipaiseva video: Mies kosi tyttöystäväänsä täydessä ostoskeskuksessa – romanttinen ele päättyi järkyttävään nöyryytykseen

    4. 4

      Bill Gates varoittaa: Tähän uhkaan ihmiskunta ei ole varautunut riittävästi, kymmenien miljoonien henki vaarassa

    5. 5

      Poliisi IS:lle: Tila-auto törmäsi ilmeisesti tahallaan, teinien mopoauto kohteeksi sattumalta

    6. 6

      Kari, 69, sai tylyn päätöksen ajokortista – näin hän ratkaisi asian edukseen

    7. 7

      Pekka Vähäsöyrinki tunnusti Mika Myllylän haudalla, milloin dopinginkäyttö alkoi: ”Siinä hetkessä annoin periksi”

    8. 8

      Poliisi epäilee henkirikosta – teinityttö ja -poika kuolivat nokkakolarissa Sastamalassa

    9. 9

      Poliisi epäilee: Mies yritti tappaa vaimonsa Kittilän Levillä – pariskunta ilmeisesti lomamatkalla

    10. 10

      Maria Veitola mykistyy Saara Aallon prinsessamaailmasta: ”Onko Saara minkä asteen hörhö”

    11. Näytä lisää
    1. 1

      Prisman kassamyyjä sai pyörätuolimiehen itkemään Helsingissä – jonossa ollut Jatta riensi apuun: ”Olin niin kiukkuinen”

    2. 2

      Takavuosien seksisymboli Outi Alanen 50 vuotta – katosi tv:stä eikä saa näyttelijän töitä: ”En kuulu hyvä veli -verkostoon”

    3. 3

      Tutkijat tekivät pelottavan löydön merenpohjasta 10 kilometrin syvyydestä

    4. 4

      Kauniin naisen tavallisen näköisestä Instagram-kuvasta yllättäen nettihitti: ”Kaikkien aikojen traagisin otos”

    5. 5

      MTV: Saara Aalto kärsii kiusallisesta ja kivuliaasta naistentaudista: ”Ei parannuskeinoa”

    6. 6

      Pekka Vähäsöyrinki tunnusti Mika Myllylän haudalla, milloin dopinginkäyttö alkoi: ”Siinä hetkessä annoin periksi”

    7. 7

      Nuori mies jäi kiinni pettämisestä nololla tavalla – typerä töppäys sosiaalisessa mediassa kavalsi

    8. 8

      Kanadan hurmuriministeri sai Ivanka Trumpin pasmat sekaisin – flirttaileva kuva leviää vauhdilla

    9. 9

      Jasse-vauva lakkasi hengittämästä, isä ei epäröinyt hetkeäkään – ”Hän rakasti meidän pojan henkiin”

    10. 10

      Vuosikymmeniä mietityttänyt arvoitus ratkesi – Harri Kirvesniemi kertoo, miksi hiihti aina pää kenossa

    11. Näytä lisää

    Näitä luetaan!

    1. 1

      Karmiva murha Leicesterissä: Kaverit ripustivat oppimisvaikeuksista kärsineen miehen puuhun roikkumaan ja murjoivat tämän kuoliaaksi

    2. 2

      Patrik Laine tulikuumassa vireessä – nyt jäi Ovetshkin taakse

    3. 3

      Valkoinen talo selitti Trumpin Ruotsi-lausuntoa: Presidentti ei viitannut mihinkään erityiseen tapahtumaan

    4. 4

      Stubb opetti Trumpille faktoja Ruotsista – viesti sytytti kiivaan keskustelun

    5. 5

      Kirsi Alm-Siiran muodokkaat sääret villitsivät Helena-Ahti Hallbergin: ”Vau, mitkä kintut sulla on!”

    6. Näytä lisää
    1. 1

      Stubb opetti Trumpille faktoja Ruotsista – viesti sytytti kiivaan keskustelun

    2. 2

      Donald Trumpilta outo viittaus Ruotsiin: ”Katsokaa, mitä tapahtui eilen illalla Ruotsissa – kuka olisi uskonut?”

    3. 3

      Riipaiseva video: Mies kosi tyttöystäväänsä täydessä ostoskeskuksessa – romanttinen ele päättyi järkyttävään nöyryytykseen

    4. 4

      Bill Gates varoittaa: Tähän uhkaan ihmiskunta ei ole varautunut riittävästi, kymmenien miljoonien henki vaarassa

    5. 5

      Poliisi IS:lle: Tila-auto törmäsi ilmeisesti tahallaan, teinien mopoauto kohteeksi sattumalta

    6. Näytä lisää
    1. 1

      Prisman kassamyyjä sai pyörätuolimiehen itkemään Helsingissä – jonossa ollut Jatta riensi apuun: ”Olin niin kiukkuinen”

    2. 2

      Takavuosien seksisymboli Outi Alanen 50 vuotta – katosi tv:stä eikä saa näyttelijän töitä: ”En kuulu hyvä veli -verkostoon”

    3. 3

      Tutkijat tekivät pelottavan löydön merenpohjasta 10 kilometrin syvyydestä

    4. 4

      Kauniin naisen tavallisen näköisestä Instagram-kuvasta yllättäen nettihitti: ”Kaikkien aikojen traagisin otos”

    5. 5

      MTV: Saara Aalto kärsii kiusallisesta ja kivuliaasta naistentaudista: ”Ei parannuskeinoa”

    6. Näytä lisää