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

      Vuosaaren paloasunnossa ei ollut palovaroitinta – äiti ja lapset kuolivat, perheen isä kuuli suruviestin töissä

    2. 2

      Poliisi etsii: 15-vuotias hiihtäjä katosi lumimyrskyyn Saariselällä – ei palannut määränpäähänsä

    3. 3

      Playboy-pupun, 27, ja miljardöörin, 84, ”unelmaliitto” ohi – vaimo leimattiin onnenonkijaksi: Pettyi alistavaan aviomieheensä

    4. 4

      Äidin tekemä Excel-taulukko paljasti kylmän totuuden Nikon tilanteesta – näin poika kuittasi 50 000 € velat

    5. 5

      Psykoosiin ajautunut Kanye West palasi julkisuuteen muuttuneena – ensimmäinen kuva räppäristä poistettiin Instagramista nopeasti

    6. 6

      Donald Trump on esittänyt presidentti Sauli Niinistölle toiveen tapaamisesta

    7. 7

      Suuri lihapullatesti oli yhden pienen pyörykän ylivoimaa – ”Heittämällä paras”

    8. 8

      X Factor -finaalin kappaleet julki – Saara Aalto esittää 80-luvun jättihitin

    9. 9

      Kortitta ajanut vanhus suuttui poliisille Orimattilassa

    10. 10

      Salkkarit-kaunotar rohkeassa kuvassa – rinnat paistavat läpi henkäyksen ohuesta asusta

    11. Näytä lisää
    1. 1

      Salkkarit-kaunotar rohkeassa kuvassa – rinnat paistavat läpi henkäyksen ohuesta asusta

    2. 2

      Saara Aallon kilpakumppanit pahoissa vaikeuksissa – tuleeko finaalilähetyksestä katastrofi?

    3. 3

      Suuri lihapullatesti oli yhden pienen pyörykän ylivoimaa – ”Heittämällä paras”

    4. 4

      Psykoosiin ajautunut Kanye West palasi julkisuuteen muuttuneena – ensimmäinen kuva räppäristä poistettiin Instagramista nopeasti

    5. 5

      Aasialaismiehen passikuva hylättiin äärimmäisen kiusallisesta syystä

    6. 6

      Äidin tekemä Excel-taulukko paljasti kylmän totuuden Nikon tilanteesta – näin poika kuittasi 50 000 € velat

    7. 7

      Kolme lasta ja äiti kuolivat tulipalossa Helsingin Vuosaaressa – näin tapahtumat etenivät

    8. 8

      Moni kärsii tietämättään kakkostyypin diabeteksen esiasteesta – lisää äkkikuoleman vaaraa

    9. 9

      Yhden hitin eläketurva – tässä on joululaulu, joka tuo kirjoittajilleen edelleen 590 000 euron vuosittaiset rojaltitulot

    10. 10

      Aktiivisen työttömän tuloista lähtee ensi vuonna jopa 200 €/kk – ”Työttömän taloudessa järkyttävän suuri summa”

    11. Näytä lisää
    1. 1

      Poliisi IS:lle: Tällainen tausta Imatran epäillyllä 23-vuotiaalla kolmoismurhaajalla on

    2. 2

      WhatsApp katoaa miljoonista puhelimista – katso, onko omasi listalla

    3. 3

      Hänellä oli Linnan juhlien rohkein iltapuku – IS:n lukijat äänestivät illan räväyttävimmän pukeutujan

    4. 4

      Salkkarit-kaunotar rohkeassa kuvassa – rinnat paistavat läpi henkäyksen ohuesta asusta

    5. 5

      Robinin, 18, Linnan juhlat -asussa mukana yksityiskohta, joka jäi monilta huomaamatta – presidentiltä erityinen pyyntö kättelyjonossa

    6. 6

      Tuulenvire paljasti Donald Trumpin omituisen ”asumokan” – netti sekosi lentokentältä napatusta kuvasta

    7. 7

      Perhesyyt eivät painaneet? Mika Salolla teoria Nico Rosbergin lopettamisesta: ”Kukaan ei tajua sitä…”

    8. 8

      Todelliset syyt, joiden vuoksi naiset voihkivat seksin aikana

    9. 9

      Raivostunut Matti Nykänen perui keikkansa Kanarialla – ravintola joutui maksumieheksi: ”V**ut minä mitään keikkaa vedä”

    10. 10

      Linnan jatkoilla nousi hässäkkä – Heikki Lampela ja Hanna Kärpänen sisään vahvassa juhlatunnelmassa: ”Haluan seikkailuja”

    11. Näytä lisää

    Näitä luetaan!

    1. 1

      Vuosaaren paloasunnossa ei ollut palovaroitinta – äiti ja lapset kuolivat, perheen isä kuuli suruviestin töissä

    2. 2

      Poliisi etsii: 15-vuotias hiihtäjä katosi lumimyrskyyn Saariselällä – ei palannut määränpäähänsä

    3. 3

      Playboy-pupun, 27, ja miljardöörin, 84, ”unelmaliitto” ohi – vaimo leimattiin onnenonkijaksi: Pettyi alistavaan aviomieheensä

    4. 4

      Äidin tekemä Excel-taulukko paljasti kylmän totuuden Nikon tilanteesta – näin poika kuittasi 50 000 € velat

    5. 5

      Psykoosiin ajautunut Kanye West palasi julkisuuteen muuttuneena – ensimmäinen kuva räppäristä poistettiin Instagramista nopeasti

    6. Näytä lisää
    1. 1

      Salkkarit-kaunotar rohkeassa kuvassa – rinnat paistavat läpi henkäyksen ohuesta asusta

    2. 2

      Saara Aallon kilpakumppanit pahoissa vaikeuksissa – tuleeko finaalilähetyksestä katastrofi?

    3. 3

      Suuri lihapullatesti oli yhden pienen pyörykän ylivoimaa – ”Heittämällä paras”

    4. 4

      Psykoosiin ajautunut Kanye West palasi julkisuuteen muuttuneena – ensimmäinen kuva räppäristä poistettiin Instagramista nopeasti

    5. 5

      Aasialaismiehen passikuva hylättiin äärimmäisen kiusallisesta syystä

    6. Näytä lisää
    1. 1

      Poliisi IS:lle: Tällainen tausta Imatran epäillyllä 23-vuotiaalla kolmoismurhaajalla on

    2. 2

      WhatsApp katoaa miljoonista puhelimista – katso, onko omasi listalla

    3. 3

      Hänellä oli Linnan juhlien rohkein iltapuku – IS:n lukijat äänestivät illan räväyttävimmän pukeutujan

    4. 4

      Salkkarit-kaunotar rohkeassa kuvassa – rinnat paistavat läpi henkäyksen ohuesta asusta

    5. 5

      Robinin, 18, Linnan juhlat -asussa mukana yksityiskohta, joka jäi monilta huomaamatta – presidentiltä erityinen pyyntö kättelyjonossa

    6. Näytä lisää